用於設置增材製造工藝的三維物體的列印屬性的方法與流程
2023-06-01 23:00:48
背景技術：
已提出了逐層地生成三維物體的增材製造系統作為生成三維物體的潛在的便捷方式。
構建三維物體時，高解析度的三維像素或體素的選擇以及製造高解析度的三維像素或體素的條件能夠對尺寸精度以及最終的對象的機械屬性造成影響。
附圖說明
現在將通過非限制性示例的方式，參照附圖描述多個示例，其中：
圖1是根據本公開的方法的示例；
圖2是分成可變大小的三維像素的三維物體的示例；
圖3a示出三維物體內的三維像素的示例；
圖3b示出計算以三維像素為中心、r為半徑的球內的密度的示例；
圖4示出在計算圍繞半徑r中的三維像素的密度時可應用為加權函數的示例高斯分布；以及
圖5示出製造三維物體的裝置的示例。
具體實施方式
增材製造技術可通過建造材料的固化生成三維物體。建造材料可以基於粉末，並且生成的對象的屬性可取決於建造材料的類型以及所用的固化機制的類型。在包括燒結技術的這種技術的多個示例中，以逐層的方式提供建造材料，並且固化方法包括加熱建造材料層，以產生所選區域中的融化。在其他技術中，可使用化學固化方法。
增材製造系統可基於結構設計數據生成對象。這可能涉及例如使用計算機輔助設計(cad)應用來生成要生成的對象的三維設計的設計器。該模型可定義對象的固體部分以及其他屬性，例如，顏色、密度、和/或固體部分的多孔性。
如上所述，在一些示例中，從結構設計數據(例如，三維設計)製造三維物體時使用的三維像素或體素的選擇以及製造三維像素或體素的條件對最終的對象的精度和機械屬性是有影響的。例如，像素不是孤立製造的，而是一個接著一個順序製造的，且建於各層中，以形成三維物體。因此，每個個別的像素的屬性(例如，其溫度和冷卻速率)可能被鄰居像素的屬性影響。
在本文描述的示例中，製造三維物體的方法考慮了三維模型的幾何結構，包括但不限於：選擇製造哪些三維像素所使用的哪些設置時，周圍材料可能對每個像素有影響。
因此，如圖1中所示，根據一個示例，製造三維物體的方法100可包括：將三維物體的三維設計建模為多個三維像素(102)。針對一三維像素，該方法包括：計算與圍繞所述三維像素的三維區域有關的至少一個參數(104)，以及使用該至少一個參數選擇在製造三維物體中的所述三維像素時使用的至少一個設置(106)。
因此，在一個示例中，該方法提供了一種逐像素或逐區域修改製造工藝的一個或多個設置的方式，以將該像素或區域的周圍環境考慮進去。例如，在基於熔化的製造工藝中，與處於較低密度區域中的像素相比，大的固體部分所圍繞的像素可能易於處於更高的溫度，且在這樣的示例中，可考慮這些溫度差，以優化建造精度。
在一些示例中，將三維物體的三維設計建模為多個三維像素(102)可包括：將三維設計建模為多個一樣的立方體三維像素(例如，體素)。三維像素可具有與隨後的製造工藝中使用的裝置的解析度一樣的解析度。在可選的示例中，三維像素可能比製造工藝的解析度更低。
在可替代的示例中，多個三維像素可包括不同大小的像素。例如，如果第一區域的對象屬性在大的區域中是一致的，則將對象的第一區域建模為比第二區域更低的解析度是合適的。
在另外的可替代的示例中，多個三維像素可包括不同形狀的像素。例如，建模具有立方體和長方體混合的三維像素、或任意其他形狀的三維像素的對象可能是合適的。圖2中示出可能的三維像素結構的示例，圖2示出三維物體(200)的模型以及不同形狀和大小的三維像素(202)和(204)的示例。
計算每個三維像素的與圍繞所述三維像素的三維區域有關的至少一個參數(104)的過程可包括：計算描述三維像素的三維鄰居的參數的n元組。在一個示例中，要使用的區域或鄰居的選擇取決於正使用的列印材料或試劑、或正使用的特別的列印工藝、或要優化的特別的參數、或正製造的對象的特徵、或其任意結合。例如，該過程可能涉及：確定正形成的三維物體中的小的特徵，例如，在xy切面中具有小於5×5mm的區域的特徵，其中，這樣的特徵周圍的未熔化區域能夠影響特徵的形成，例如，冷卻要熔化的區域以形成該特徵，這可能使得這樣的特徵不能充分熔化或形成。本文描述的示例使得在製造三維物體時，能夠因此設置像熔劑(fusingagent)水平或其他試劑的使用(例如，凝結劑或聚合改性劑)這樣的參數。在一些示例中，影響的區域或鄰居可以根據其他參數而不同，其他參數例如：操作溫度或列印工藝時間。例如，在一個示例中，環境溫度和建造材料的溫度之間的溫度差提高時，能夠影響用於確定使用哪些參數所使用的特徵的大小的選擇。例如，如果環境溫度和建造材料溫度之間的溫度差提高，上面的示例中提到的5×5mm區域可能增加。
在一些示例中，參數中的一個可能是圍繞三維像素的三維區域的密度的估計。這可通過將以三維像素為中心、固定半徑的球形中的三維模型中三維像素的質量合計或對其進行積分來計算。這在圖3a和圖3b中圖示出，圖3a和圖3b示出三維像素(302)為更大的三維物體(300)的一部分。在一些示例中，可在如球形(304)圖示的半徑為r的球形中計算圍繞三維像素(302)區域的密度。
在一些示例中，參數中的一個可以是通過對從該三維像素的中心起的每個半徑r處的質量進行積分以及根據r的函數的分布加權每個r值處的質量而計算的加權密度。例如，可根據與三維像素的距離，線性加權圍繞三維像素的質量。在另一示例中，質量可以是根據高斯分布加權的。圖4中示出這樣的示例，其中，根據高斯函數加權距離三維像素(302)的中心每個距離r的質量。這提供了給比較遠的像素的屬性較小權重的好處，且因此，使其不那麼容易對所考慮的三維像素造成影響。
在一個示例中，可通過用鄰居體素(三維像素)的絕對距離替代x軸來推斷一維高斯權重。
在示例中，如果感興趣的體素中心在坐標(x0,y0,z0)，那麼，從所述體素的中心到坐標(x,y,z)處的另一個體素的歐幾裡得距離為：
常態或高斯分布可定義為：
其中，μ為平均數，σ為標準偏差。
使用此分布，可隨後根據以下公式計算圍繞所述體素的球形r中的高斯加權密度：
此等式考慮了圍繞體素的半徑r的球形中的所有材料。在其他示例中，這些原理可用於計算僅球形的一部分(例如，半圓)中的加權密度。在成層建造對象的三維列印工藝中，這將使得例如能夠不考慮還未列印的體素之上的材料，計算體素以下的半徑r中的列印的材料的密度。
在一些示例中，至少一個參數可描述周圍材料的熱流動屬性。例如，一個參數可以是速度的估計，熱量將以該速度遠離三維像素擴散。
要使用的其他可能的參數的示例包括測量實時參數的外部傳感器的使用，實時參數例如：溫度、光密度或顏色、到零件邊界的距離、面積、xy切面的周長或周長/面積比。
使用至少一個參數選擇在製造三維物體中的所述三維像素時使用的至少一個設置(106)的過程可包括：使用在(104)中計算的參數或參數的n元組，以通知三維像素或三維像素的區域的製造策略的選擇。在一些示例中，確定製造策略可包括：確定選擇用於三維像素的製造的三維結構。由三維結構意味著例如：為了能夠更有效地管理熱過量，要使用的試劑的混合或比(例如，凝結劑與聚合改性劑的比)，或要製造的物理結構的類型例如取決於結構是微觀結構(例如，200×200微米的蜂巢型)還是宏觀結構(例如，50×50mm的蜂巢結構)。
可改變的設置的示例包括建造材料的體積分布、可製造每個三維像素的物理條件(例如，加熱溫度)、或上述的結合。在一個示例中，這可通過查找表實現。
在一個示例中，在階段(106)分析要製造的三維物體，並選擇設置，使得列印內部體素時，將熔劑的量減少例如50％。在一些示例中，由於其到表面的距離超過閾值(例如，5mm)而確定為內部體素。
在另一個示例中，製造周圍的區域(例如，5×5×5mm周圍區域)中小於一定百分比(例如，25％)的體素未描述為固體部分的體素時，減少或去掉細化劑(例如，聚合改性劑)的量。在其他示例中，製造周圍區域描述為固體的體素時，提高細化劑(或聚合改性劑)的量。
在一些示例中，由於提高的零件精度，上面描述的方法提供了更高質量的製造。該方法可進一步提供製造工藝的更緊湊且有計算效率的控制，使得製造的零件中更高的維度和機械屬性精度成為可能。例如，在針對要製造的三維物體的一些區域的更低解析度的圖像的示例中，由於這樣的區域與其他區域共享同樣的屬性或特性，能夠提高計算效率，因此簡化了工藝，即，由於存在要處理的更少的體素，通過減少操作量簡化了工藝。
在一個示例中，對多個三維像素中的每個三維像素實施計算至少一個參數，至少一個參數被用於選擇在製造三維物體中的所述三維物體中的每一個時使用的至少一個設置。
在另一個示例中，對多個三維像素的三維像素實施計算至少一個參數，至少一個參數用於在選擇製造三維物體中的所述三維像素的預定鄰居中的多個三維像素時使用的至少一個設置。在這樣的一種示例中，計算的特定像素的一個或多個參數可用於控制多個像素或像素組或鄰居像素的一個或多個設置。
圖5示出製造三維物體的裝置500的示例。裝置500包括處理單元510，用於將三維物體的三維設計建模為多個三維像素。針對三維像素，處理單元510計算與圍繞所述三維像素的三維區域有關的至少一個參數。處理單元510使用至少一個參數選擇在製造三維物體中的所述三維像素時的裝置的至少一個設置。
在裝置的一個示例中，設置與選擇用於三維像素的三維結構有關。
作為至少一個參數，處理單元510可確定速度的估計，和/或所述三維像素周圍的三維區域的密度，熱量將以該速度遠離三維像素擴散。
在一個示例中，處理單元510通過對從三維像素的中心起的每個半徑r處的質量進行積分來確定加權密度，其中，根據是r的函數的分布，加權每個r值處的質量。
詞「包括」不排除權利要求中列出的那些元件之外的元件的存在，「一」不排除多個，且一個處理器或其他單元可實現權利要求中描述的幾個單元的功能。
任意從屬權利要求的特徵可與任意獨立權利要求或其他從屬權利要求的特徵結合。