用於三維物體的生產的控制數據的製作方法

2023-05-23 17:45:12 2

已經提出了基於逐層生成三維物體的增材製造系統作為生產三維物體的潛在的便利方式。這些系統通常接收物體模型形式的三維物體的定義。處理此物體模型以指示增材製造系統使用一個或多個構建材料來生產物體。存在許多不同類型的增材製造系統。物體模型的處理可以基於增材製造系統的類型而變化。

附圖說明

將結合僅以示例的方式一起示出了本公開特點的所附附圖根據以下具體實施方式使得本公開的各種特點和優點變得明顯，並且其中：

圖1是根據示例的針對三維物體的生產生成控制數據的設備的簡化示意性圖示；

圖2是根據示例示出由設備操縱的數據的簡化示意性圖示；

圖3是根據示例示出針對三維物體的生產生成控制數據的方法的流程圖；

圖4是根據示例示出用於生成映射的方法的流程圖；

圖5A至圖5C是根據示例的用於構建三維物體的層的方法的示意性圖示；

圖6是根據示例的增材製造系統的簡化的等距示圖；

圖7是根據示例示出操作增材製造系統的方法的流程圖；並且

圖8是根據示例的用於增材製造系統的控制器的簡化的示意性圖示。

具體實施方式

本文所述的特定示例提供了一種用於生成可用於生產三維物體的控制數據的設備和方法。本文所述的特定示例允許處理並使用具有各種期望的物體屬性的任意三維內容以生成三維物體。這些物體屬性可以包括期望的材料屬性，諸如顏色、外觀屬性、和/或機械屬性。特別地，本文所述的特定示例提供了一種使用可用構建材料以使得在生產的三維物體中實現期望的物體屬性的方案。此方案是靈活的；其可以用於實現單顏色和/或單材料物體以及多顏色和/或多材料物體兩者。

在特定示例中，處理表示三維物體的數據以生成物體的至少一部分的區域覆蓋表示。此表示是一個或多個構建材料的概率分布。這些構建材料可以具有定義的顏色並且因此作為一個或多個著色劑。在特定情況下，區域覆蓋表示將每個可用構建材料的量、以及它們的組合、或層疊沉積(如果需要)確定為比例性區域覆蓋。這不同於使用構建材料的離散表示的比較性系統。例如，在本文所述的特定情況下，物體模型數據內的體素(voxel)的集合可以具有相關的區域覆蓋向量的集合。在簡單情況下，此類向量可以指示在三維空間中的給定位置處應當施加構建材料的一個單元的X％，其中，應當留空(100－X)％。這不同於數據可以指示兩個離散狀態之一的比較性表示：應當施加一個構建材料單元，或者不應當施加構建材料單元。在本文所述的特定示例中，區域覆蓋表示隨後提供關於半色調處理的輸入，以生成可以由增材製造系統使用以生產三維物體的控制數據。

圖1示出了可以針對三維物體的生產生成控制數據的示例100。示例100示出了設備110。設備110包括接口120、圖像處理器130、分離生成器140、和半色調生成器150。設備110被布置為接收表示待生成的三維物體的數據160，並且處理所述數據，以生成用於生產三維物體的至少一部分的控制數據190。

在圖1的示例中，表示待生成的三維物體的數據160包括物體模型數據170和物體屬性數據180。物體模型數據170可以定義待生成的物體的至少一部分的三維模型。模型可以在三維坐標系中定義物體的形狀和範圍，例如物體的實體部分。物體模型數據170可以由計算機輔助設計(CAD)應用程式生成。物體屬性數據180定義關於待生成的三維物體的一個或多個期望的物體屬性。在一種情況下，物體屬性數據180可以包括關於待生成物體的至少一部分的顏色。物體屬性數據180可以額外地或可替代地包括關於待生成物體的至少一部分的其他期望的材料屬性。可以例如關於待生成物體的整體來定義例如全局屬性數據之類的物體屬性數據180，或者關於待生成物體的一個或多個部分來定義例如局部屬性數據之類的物體屬性數據180。物體屬性數據180還可以用於定義關於物體的部分的多個物體屬性。除了顏色之外物體屬性可以包括例如柔性、彈性、剛性、表面粗糙度、多孔性、層間強度、密度等等，並且物體屬性可以取決於用於生成物體的構建材料或試劑的類型。

圖1的設備110被布置為將表示待生成的三維物體的數據160轉換為柵格化表示，該柵格化表示隨後被轉換為區域覆蓋表示。對區域覆蓋表示進行半色調化以生成控制數據190。

更詳細地，接口120被布置為接收表示待生成的三維物體的數據160。在特定情況下，接口可以被布置為以單個文件的方式接收物體模型數據170和物體屬性數據180；在其他情況下，接口可以被布置為以多個數據物體的方式接收物體模型數據170和物體屬性數據180中的一個或多個的一部分，其中物體模型數據170和物體屬性數據180跨多個相關聯的數據結構分布。在一種情況下，物體模型數據170可以包括在三維空間中定義的體素。給定體素可以具有指示在該位置處是否存在待生成的物體的一部分的相關數據。如上所述，物體屬性數據180可以包括全局和局部物體屬性數據的一個或多個，例如在物體屬性數據180中定義的特定物體屬性值可以與定義物體的每個體素相關聯，和/或特定物體屬性值可以與體素的集合相關聯，該體素的集合的範圍例如從單個體素至與物體相關聯的所有體素。在一種情況下，表示三維物體的數據包括三維物體的模型，該三維物體模型具有在模型內的每個位置處(例如在每個[x，y,z]坐標處)指定的一個或多個材料屬性。

圖像處理器130被布置為從接口120接收物體模型數據170和物體屬性數據180。圖像處理器130被布置為處理至少物體模型數據170並且生成三維物體的至少一個平面的柵格化表示。例如，圖像處理器130可以被布置為生成三維物體的模型的平行平面的切片。每個切片可以定義將要由增材製造系統生產的構建材料的相應的層的一部分。在使用三維坐標系(例如使用[x,y,z]坐標)的三維空間中，這些平行平面可以是平行於x和y軸線的平面的z切片。每個z切片可以包括具有一個或多個公共z坐標並且沿x和y維度延伸的模型的部分。z切片的數目可以取決於在z維度中的細節的解析度和/或一個或多個構建材料的層的輸出解析度。

在一種情況下，圖像處理器130被布置為輸出多個二維柵格物體，每個二維柵格物體表示在其中定義了物體的三維空間的平面。這些二維柵格物體中的每一個可以包括諸如位圖之類的圖像。在這種情況下，圖像處理器130被布置為將至少一個物體屬性值與柵格物體中的每個位置相關聯。例如，每個柵格物體可以包括在x和y維度中延伸的像素集合；每個像素可以隨後與至少一個物體屬性值相關聯。在一種情況下，每個像素可以與至少一個材料屬性相關聯。在材料屬性中的一個材料屬性定義顏色的情況下，該顏色可以是在顏色空間中定義的，顏色空間諸如：例如灰度之類的單色色調空間；紅、綠、藍(RGB)顏色空間；國際照明委員會(CIE)1931XYZ顏色空間，其中三個變量(「X」、「Y」和「Z」或三色激勵值)用於對顏色建模；CIE 1976(L*，a*，b*－CIELAB或「LAB」)顏色空間，其中的三個變量表示亮度(「L」)以及相對的顏色維度(「a」和「b」)；或者任何其他顏色空間或衍生的顏色空間。在這些顏色空間中的顏色值可以包括例如在預定義的值範圍內的值之類的連續色調值。例如，在簡單情況下，RGB顏色值可以包括三個8位值；照此，每個紅色、綠色、和藍色值可以處於0至255的範圍內。材料屬性可以被隱含地和/或明確地定義，並且可以包括以下項和其他項中的一個或多個：指示待使用的可用構建材料的值；柔性值；彈性值；剛性值；表面粗糙度值；多孔性值；強度值；以及密度值。例如，直接或明確的定義的形式可以是「放置X％的材料Y，Z％的材料Q……」。間接或隱含的定義可以指定特定的材料屬性，例如X顏色或Y剛性，並且間接或隱含的定義可以需要映射至可用材料的明確組合。

仍然參照圖1，分離生成器140被布置為接收圖像處理器130的輸出，並且將由圖像處理器生成的柵格化表示映射至三維物體的平面的區域覆蓋表示。在特定情況下，分離生成器140可以被布置為接收如上所述的柵格物體。可以例如以表示物體的高度遞增的順序來逐個接收這些柵格物體，或者作為例如物體的所有切片的集合來接收這些柵格物體。在一種情況下，分離生成器140被布置為將材料屬性映射至材料區域覆蓋(Mac)向量。

Mac向量可以具有多個值，其中每個值定義關於三維物體的層的可尋址區域中的一個或多個材料(「原材料」或MP)的每個組合的比例。例如，在具有兩個可用材料M1和M2的增材製造系統中，可以在三維物體的層的可尋址區域中獨立地沉積每個材料，在給定Mac向量中存在22(即，四個)個比例：無M2的M1的第一比例；無M1的M2的第二比例；M1和M2層疊沉積的第三比例，例如M2沉積在M1之上或者反之亦然；以及缺少M1和M2兩者的第四比例。在此情況下，Mac向量可以是[M1，M2，M1M2，Z]或具有示例性值[0.2，0.2，0.5，0.1]－即，在z切片中的給定位置[x，y]中，20％有M1而無M2，20％有M2而無M1，50％有M1和M2，以及10％是空的。因為每個值均是比例，並且值的集合表示可用材料組合，因此每個向量中的值的集合的總和必須為1或100％。

例如，在構建材料已被著色的情況下，則可以確定Mac向量以生成選擇構建材料組合，該選擇材料組合生成與供給的材料屬性(例如供給的RGB值)的匹配。此匹配可以隱含在映射中。

在圖1中，半色調生成器150被布置為從規格生成器140接收區域覆蓋表示，並且生成三維物體的平面的半色調表示。例如，如果每個區域覆蓋表示包括具有關於每個[x，y]像素的Mac向量的z切片，半色調生成器150則被布置為輸出關於像素的離散材料值的集合，其中跨z切片的區域的離散值表示區域覆蓋表示的集合的比例。結果，半色調生成器150以跨給定區域的區域覆蓋向量的形式分布概率的集合。在以上示例中，這些離散材料值可以包括[DM1,DM2]形式的離散材料值，其中DM1、DM2中的每一個是二進位變量(例如具有0或1的值)。例如，如果在z切片的5乘2像素區域中，所有像素具有[0.2，0.2，0.5，0.1]的Mac向量值，則半色調生成器150可以被布置為輸出[1，0]，[1，1]，[1，1]，[0，0]，[0，1]以及[0，1]，[1，1]，[1，1]，[1，0]，[1，1]的離散材料值([DM1,DM2])。關於三維物體的一個或多個平面的半色調數據的形式的半色調生成器150的輸出形成了控制數據190的一部分。控制數據190可以用於根據給定增材製造系統生產三維物體的至少一個平面。例如，關於5乘2像素區域的離散材料值可以用於指示給定高度處的給定區域中的材料M1和M2中的一個或多個的沉積。在如下所述的圖5A至圖5C、圖6以及圖7的示例中，半色調生成器150的輸出可以包括關於聚結劑和聚結改性劑中的一個或多個的應用的值。

圖2示出了可以由圖1的設備110應用以針對三維物體的生產生成控制數據的方法。圖2示出了在三維空間中定義物體模型的物體模型數據170。在圖2中，將數據170解構為三維物體的三個平面的柵格化表示201、202、203，例如模型的三個切片。如果物體模型數據170例如在定義三維原始物體的方面以向量形式定義三維物體，則可以獲取以向量形式表示的物體的截面，並且此截面可以轉換為柵格物體，例如具有像素值和相關屬性的定義。當涉及顏色數據時，柵格物體也可以被稱為色調物體，這是因為其包含指示連續顏色變量的數據。在圖1的設備中，此處理由圖像處理器130執行。

在圖2中，每個柵格化表示201、202、203具有對應的物體屬性數據211、212、213。基於接收到的物體屬性數據180生成與每個柵格表示相關聯的此類物體屬性數據211、212、213。如果物體屬性數據180包括關於每個[x，y，z]坐標的材料屬性值，則階段210可以包括將此數據剖層(splitting)為關於與三個z切片中的每個切片相關聯的[x，y]坐標的值。例如，在圖2中，三個平面中的每一個平面中的每個[x，y]坐標具有一個或多個物體屬性值[OP1,OP2,…,OPn]，在其中還示出了顏色屬性[R,G,B]的示例。

在特定情況下，一個或多個材料屬性還可以根據三維物體的模型推得，例如在物體模型數據170中描述的。例如，一個材料屬性可以包括是否存在材料，例如在給定位置處是否採用材料填充物體或者其是否是中空的。額外地或可替代地，材料屬性可以獨立於物體模型數據170進行定義。例如，材料屬性可以指示關於待生成物體中的所有位置的最小壁厚度或最小強度。此類材料屬性可以全局地定義(例如針對物體定義一個值)，和/或局部地定義(例如定義與物體的不同部分相關聯的不同值)。在接收到的物體屬性數據180並未被明確地映射至物體模型中給定位置的情況下，例如在全局定義的最小壁厚度的所述情形中，則在階段210處可以將物體屬性值映射至每個位置，例如可以將全局值指配至每個單獨的[x，y，z]位置。

在圖2中，在第二階段220，將物體屬性數據211、212、213映射(M)至對應的區域覆蓋表示221、222、223。此映射可以由圖1的分離生成器140執行。此映射可以包括獲取表示z切片的柵格物體並且通過柵格至分離處理傳遞柵格物體的預處理階段。此柵格至分離處理應用任何存在的材料屬性約束。例如，這可以包括使在給定高度處的平面與根據物體模型數據的三維向量模型進行交叉的處理－這產生在那個高度的物體的輪廓(也即二維)向量形狀。隨後在給定列印解析度下柵格化。在此處理中，物體屬性可以起源於被包括的形狀的結果；例如，較薄的形狀可能需要不同的材料安排，內部部分可以使用不同材料等。額外的物體屬性可以由定義的輸入產生；例如，表面的顏色可以轉而確定其他內部元素的物體屬性。映射可以包括將關於物體屬性數據211、212、213的值輸入至查找表中並且檢索區域覆蓋表示以作為輸出。這可以關於柵格化表示中的每一個柵格化表示中的像素來執行，例如其可以等價於映射與二維圖像中的多個像素相關聯的一個或多個值。可以分立地映射或者以組合處理的方式映射物體屬性數據211、212、213內的關於顏色和材料屬性的值。在圖2中，關於z切片中的每個像素的[R，G，B]顏色值和一個或多個物體屬性值[OP1,OP2,…,OPn]被映射至Mac向量－[MP1,MP2,…,MPm]。此映射因此是多維映射。稍後參照圖4描述用於生成映射的示例性方法。

圖2中所示的第三階段230包括關於三維物體的平面中的每一個的半色調數據231、232、233。通過對第二階段220的區域覆蓋表示221、222、223應用半色調化(HT)操作來生成半色調數據231、232、233。半色調化操作可以由圖1的半色調生成器150執行。作為半色調化操作的一部分，可以考慮關於其他平面的區域覆蓋值。例如，還可以在z維度中映射按照切片的10％的區域覆蓋，以使得每10個切片重複進行著色劑沉積和/或材料沉積。

半色調數據231、232、233的每個集合可以轉而用於設置關於三維物體的對應的層的生產的控制數據190。在一種情況下，可以存在來自生產過程的動態反饋。例如，在生成半色調數據231之後，可以生產物體的第一層，例如與平面201相對應的層。一旦生成了此層，和/或在生產期間，可以關於層來測量特定熱參數和/或成像參數。例如，這可以包括捕捉生產的層的紅外和/或可見範圍的圖像。這些測量的參數可以隨後用於關於物體的後續平面的映射和半色調化操作中的一個或多個。例如，如果層的可見光圖像例如由於在生產處理中所引入的變化而顯示不同於與該層相關聯的計算的區域覆蓋表示的區域覆蓋，則可以適當地修改關於後續層的區域覆蓋表示和/或半色調數據，以滿足原始物體模型數據170和物體屬性數據180的要求。

圖3示出了針對三維物體的生產生成控制數據的方法300。方法300可以由設備110應用，或者可以生成圖2中所示的數據。可替代地，方法300可以獨立於圖1和圖2的特點來應用。

在方框310處，獲得表示將要生成的三維物體的數據。此數據包括物體模型數據和物體屬性數據。在方框320處，根據獲得的數據生成表示三維物體的平面的柵格物體。在方框330處，將柵格物體映射至平面的區域覆蓋表示。區域覆蓋表示將平面中的給定位置處的物體屬性數據定義為在該位置處的可用物體屬性集合的一個或多個比例，例如定義為可用材料的概率分布。在方框340處，對區域覆蓋表示進行半色調化，以針對三維物體的平面的生產生成控制數據350。這可以包括對關於待列印物體的切片的以單色、區域覆蓋方式定義的平面進行閾值矩陣半色調化。如圖3中所示，方框320至340可以重複以生成用於物體的一系列平面的控制數據，該一系列平面例如是與待生成物體的層相對應的一系列z切片。由方法300生成的控制數據350可以(按照每個平面)用於使用增材製造系統生產三維物體的層。

在特定情況下，關於平面的區域覆蓋表示包括材料區域覆蓋值，例如可以包括如上所述的Mac向量。例如，[K:0.2，Z:0.8]的區域覆蓋表示可以表示20％的一滴黑色材料以及80％保留空白，或者[K:0.1，W:0.1，Z:0.8]的區域覆蓋表示可以表示10％的一滴黑色材料，10％的透明或白色材料，以及80％的保留空白。在一個示例中，著色劑形式的黑色材料可以用於吸收能量並且照此在其所施加位置處固化構建材料，例如可以用作聚結劑。在此情況下，可以將強度或剛性的材料屬性映射至黑色著色劑的區域覆蓋；高強度或高剛性可以被映射至100％的區域覆蓋，而低強度或低剛性可以被映射至20％的區域覆蓋。在半色調化之後，這將產生關於給定層中的位置的具有兩個離散狀態(黑色著色劑液滴或者沒有黑色著色劑液滴)之一的控制數據。然而，給定區域將具有與區域覆蓋值匹配的黑色材料的分布，該給定區域在施加能量之後產生期望的材料屬性值。

在一種情況下，在方框340之後接收來自增材製造系統的反饋。在此情況下，重複進行的生成320、映射330、和半色調化操作340中的一個或多個操作可以合併此反饋以修改得到的控制數據，以用於三維物體的後續平面。生成操作320、映射操作330、和半色調化操作340可以分別由圖1的圖像處理器130、分離生成器140、和半色調生成器150來實施。

圖4示出了可以用於生成在方框330中使用的映射的方法400。方法400還可以用於生成圖1的分離生成器140所使用的查找表。關於指定的增材製造系統執行圖4的方法。

在方框410處，由增材製造系統生產多個測試物體。每個測試物體被定義為在測試物體的預定義位置處具有可用物體屬性的集合中的一個或多個預定義比例。例如，每個測試物體可以涉及給定的原材料。特別地，關於給定的原材料的測試物體的集合可以具有一範圍之內的區域覆蓋值。例如，在使用黑色著色劑作為聚結劑的增材製造系統中，則黑色著色劑的存在(K)可以是MP，而黑色著色劑的缺乏(Z)也可以是MP:[K,Z]的Mac向量。因此，可以生成具有以下例如以10％區域覆蓋增長的0至100％的範圍的Mac向量的測試物體：[0，1]，[0.1，0.9]，[0.2，0.8]，[0.3，0.7]，[0.4，0.6]，[0.5，0.5]，[0.6，0.4]，[0.7，0.4]，[0.8，0.2]，[0.9，0.1]以及[1，0]。每個測試物體可以是設定的三維形狀，例如具有最小高度的預定義的長方形。高度可以設置為材料屬性的成功測量所要求的最小值。

在方框420處，確定每個三維測試物體的預定義位置處的一個或多個特徵。這可以包括測量預定義位置處的材料屬性。例如，以顏色為例，可以採用分光光度計和光澤計中的一個或多個來對預定義位置進行測量。在另一材料屬性情況下，可以使用材料測試，諸如用於測量抗張強度和抗壓強度的通用測試儀。測量的形式可以取決於被測量的物體屬性以及用於生成測試物體的構建材料。

通過在每個三維測試物體的預定義的位置處確定一個或多個特徵，在方框430處，基於測量的特徵來確定三維物體的給定位置處的輸入物體屬性數據與給定位置處的可用物體屬性的集合中的一個或多個部分之間的映射。

在一種情況下，方框430包括基於一個或多個測量的特徵來確定可用物體屬性的全部範圍，其中通過映射輸出的一個或多個比例處於該全部範圍內。全部範圍可以是表示物體屬性的多維空間中的體積。例如，一個或多個測量的特徵可以與用於生成測試物體的區域覆蓋值相關聯。如果測量的特徵值的範圍與區域覆蓋值的對應範圍相關聯，則可以推得特徵與區域覆蓋之間的關係。例如，測量的抗壓強度可以是K MP值的線性或非線性函數。如果多個MP值用於生成測試物體，則這些關係可以是多維的。

在一個示例中，確定全部範圍可以包括基於一個或多個測量的特徵確定可用物體屬性的初始全部範圍。在特定情況下，可能不能輸出物體屬性的全部範圍，例如增材製造系統的限制可以表示理論上可用的但實際上不可能的物體屬性，例如給定的剛性值。為了適應材料限制，可以將該材料限制施加至初始全部範圍以確定可用物體屬性的有限全部範圍，其中可用物體屬性的有限全部範圍指示採用給定的增材製造系統可生產的物體屬性。例如，對於特定MP或者對於特定MP組合，可以存在最小和/或最大區域覆蓋值。如果使用油墨形式的著色劑，可以存在關於增材製造系統的總油墨限制。在特定情況下，可以應用關於每個顏色的材料使用優化。這可以包括計算最小和最大材料使用兩者並且例如以線性近似的方式組合它們，以得到關於任何顏色的區域覆蓋X。在特定情況下，可以由顏色變化可能的區域覆蓋的範圍。這可以導致關於全部範圍的約束，例如對可用顏色的約束。例如，如果給定的顏色必須覆蓋至少X1的區域覆蓋，但是應當覆蓋不多於X2的區域覆蓋，這可以用作約束的集合以確定增材製造系統的可用的顏色全部範圍。在特定情況下，材料「限制」可以定義為每單位面積的材料的最大量(例如重量)。如果材料具有公共重量，使得限制可以與顏色的最大區域覆蓋X2有關；如果並非如此，則一個或多個限制可以施加為關於全部範圍的一個或多個額外的約束。

在一種情況下，確定在三維物體的給定位置處輸入物體屬性數據與在該給定位置處的可用物體屬性的集合的一個或多個比例之間進行映射包括生成查找表，該查找表具有作為輸入節點的物體屬性數據值以及作為輸出節點的可用物體屬性的集合的一個或多個比例。在此情況下，可以基於材料使用優化來從可用物體屬性的全部範圍內的值選擇輸出節點。例如，其中，可以關於以下項以及其他項來施加優化：最小化材料使用；用於在可用材料之中分布材料的使用，例如關於成本或可用性；以及最小化或最大化諸如強度或表面粗糙度之類的特定物體屬性。優化可以關於單個材料或者整體地對於一組可用材料兩者之一，由區域覆蓋進行參數化。

圖5A至圖5C、圖6、和圖7涉及可以與之前所述的示例結合使用的示例性增材製造系統。此增材製造系統使用聚結劑和聚結改性劑。這些試劑允許三維物體具有變化的材料屬性。它們可以與一個或多個彩色構建材料組合以生成具有變化的材料屬性的多色物體。儘管將特定的增材製造系統展示為示例，如上所述的設備和方法可以應用於其他增材製造系統。這些系統包括選擇性雷射燒結系統、立體光刻系統、噴墨系統、熔融沉積成型系統、任何三維列印系統、噴墨沉積系統、以及層疊物體製造系統，和其他系統。這些系統包括可以使用直接沉積構建材料而不使用所述的那些各種試劑的系統。

圖5A至圖5C根據一個示例示出了構建材料的層的一系列剖面500。在圖5A中，在合適的支撐組件(未示出)上提供構建材料的第一層510。在一個示例中，提供的構建材料的層的厚度在約90至110微米的範圍中，儘管在其他示例中可以提供構建材料的更薄的或更厚的層。圖5A至圖5C的示例使用選擇性地被輸送至構建材料的層510的表面的一個或多個部分的聚結劑520和聚結改性劑530。根據關於層的控制數據執行試劑520和530的選擇性輸送。此控制數據可以是參照圖1至圖3中的任一個所述的控制數據190或350。選擇性輸送表示可以將聚結劑和聚結改性劑兩者以各自獨立的圖案的方式輸送至構建材料的表面層的選擇的部分。這些圖案可以由Mac確定。例如，在一種情況下，聚結劑520可以包括諸如包括碳黑的油墨型劑型之類的黑色著色劑。聚結改性劑530可以包括防止構建材料固化的任何試劑。例如，其可以包括包含固體的液體、鹽溶液、呈現合適的冷卻效應的流體、合適的塑化劑、或表面張力改性劑。層510可以包括一個或多個構建材料。這些構建材料可以包括粉末的半晶熱塑性材料。它們還可以包括粉末的金屬材料、粉末的合成材料、粉末陶瓷材料、粉末的玻璃材料、粉末的樹脂材料、粉末的聚合物材料等等。

圖5B示出了輸送至構建材料表面的試劑520和530例如在位置540和550處穿透至構建材料的層510中。兩個不同試劑之間的試劑穿透程度可以不同，或者可以基本上相同。穿透的程度可以取決於增材製造系統的配置變化。

在試劑520和530穿透至層510中之後，短暫地施加預定義等級的能量。在一個示例中，施加的能量是紅外或近紅外能量，儘管在其他示例中，可以施加諸如可見光、微波能量、紫外(UV)光、滷素光、超聲波能量等等之類的其他類型的能量。能源的施加時間長度和/或能源類型可以取決於增材製造系統的配置而變化。短暫地施加能量使得其上已經輸送了聚結劑或者已經穿透了的構建材料的一部分540加熱至高於構建材料的聚結點並且使構建材料聚結。一旦冷卻，已經聚結的部分變為固態，並且形成正在生成的三維物體的一部分。在圖5C中以部分560示出了一個此類部分。在本示例中，其上已經輸送了聚結改性劑或者聚結改性劑已經穿透的構建材料的部分550並未在施加能源之後聚結。在此示例中，這有助於減小橫向聚結滲漏效應。這可以例如用於改進物體邊緣或表面的清晰度或精度，和/或減小表面粗糙度。在另一示例中，可以以將可用於使得物體屬性被修改的聚結改性劑與聚結劑散布在一起的方式來輸送該聚結改性劑。可以針對與三維模型的後續z切片相關聯的構建材料層重複圖5A至圖5C中所示的處理。

圖6根據示例示出了增材製造系統600的簡化等距視圖。此系統600可以用於應用圖5A至圖5C中所示的處理。

系統600包括控制增材製造系統600的一般操作的系統控制器610。在此示例中，系統控制器610被布置為接收控制數據605。這可以包括涉及待生成的三維物體的一個或多個層的控制數據190和/或350。在圖6中，系統控制器610被布置為控制構建材料分配器620、聚結劑分配器630、和聚結改性劑分配器640中的一個或多個的動作。在特定情況下，系統控制器610還被布置為控制一個或多個著色劑分配器。合適的構建材料分配器可以包括例如刮刀和輥軸。還可以提供一個或多個額外的材料和/或試劑分配器。通過控制這些分配器，可以在支撐結構650上或在之前沉積的層上沉積一個或多個構建材料、一個或多個試劑、以及一個或多個著色劑。還提供向在支撐結構650上沉積的層施加能量的能源670。能源可以向沉積的層施加均勻的水平的能量，和/或能源可以包括可尋址和/或可操縱的能源，諸如雷射器。

在一種情況下，至少試劑分配器630和640可以包括諸如熱列印頭或壓電噴墨列印頭之類的列印頭。支撐結構650和分配器620至640中的一個或多個可以被布置為在一個或多個維度中移動。照此，構建材料、試劑、和/或著色劑可以以三維方式施加到可尋址位置。

圖7示出了用於可由增材製造系統600應用的增材製造的方法700。在方框710處，提供構建材料的層。在特定情況下，可以選擇性地沉積多個構建材料。在方框720處，根據供給的控制數據向層選擇性地施加一個或多個試劑。在方框730處，根據試劑的沉積施加能量以聚結層的選擇的部分。在特定情況下，在方框720和730中的一個或多個之後，可以沉積一個或多個其他材料。方法700可以關於多個層進行重複以構造三維物體。

關於圖5A至圖5C、圖6和圖7的示例，區域覆蓋值可以與一個或多個構建材料、試劑、和/或著色劑的區域覆蓋相關聯。將材料屬性映射至區域覆蓋，區域覆蓋可以提供期望的熱消散，這產生合適的材料屬性。例如，在聚結劑是黑色著色劑的情況下，區域覆蓋值指示聚結劑的比例的使用，並且在施加能源時，施加至層的給定區域的聚結劑的比例產生不同的聚結水平，這轉而影響存在於層中的物體的部分的結構和/或機械特徵。類似的物體屬性諸如「中空」或「填充」可以被映射至聚結改性劑的比例，以及或者替代地映射至聚結劑的不同比例。

例如，在黑白情況下，其可以是「灰度」以用於指示單個K通道的覆蓋(％)，在另一實例中，其可以是RGB顏色，但是材料屬性被映射至指定節點－例如如果物體的內部將要被填充，則可以使用「白」油墨(例如聚結改性劑)來處理物體的內部，並且中空物體的邊界將總是必須具有從白至全彩色的X個像素的過渡。作為更普遍的示例，可以這樣定義物體：在特定的[x，y，z]位置處具有[RGB]顏色和[內部/外部]屬性值(或其他類似的「改性」)。在此情況下，如果在[x，y，z]和彩色RGB處的改性劑是「內部的」，則其被映射至特定Mac向量，如果改性劑是「外部的」，則Mac向量可以不同。這允許材料的智能操縱；例如，如果便宜材料是粗糙的，則可以配置映射以使得其不用在內表面上而是用在物體的內部中。這可以是這樣的情況：即使便宜材料具有顏色信息，但當以特定距離定位至物體內部時，可以看不到它。

本文所述的特定示例提供了用於在增材製造系統的環境中指定材料屬性和/或顏色的機制。特定示例使用映射階段，該映射極端使用區域覆蓋值和半色調化操作。這不同於單個著色劑被以一對一的方式直接映射至待列印物體的離散區域的比較性系統。這些比較性系統因此不允許材料屬性的過渡。

在一個示例中，在生成柵格化表示、映射柵格化表示、以及半色調區域覆蓋表示之前，可以確定三維物體的可見平面的集合。因此，在應用圖3的方法之前，對可見平面的集合應用半色調化。這使得物體的表面的顏色能夠被分立地處理。可以以隔離的方式對物體的表面進行半色調化，並且在它們的階段中，將其維持為「邊緣」像素，而可以按照圖3的方法處理物體的內部。在特定情況下，物體的內部的顏色可以影響表面顏色，在此情況下它們實現垂直於表面平面的區域覆蓋。在此情況下，確定物體的可見平面或位置可以獲知材料屬性，例如獲知在給定位置處的優先顏色或者光潔度/粗糙度。照此，其可以形成柵格至分離處理的一部分以定義一位置處的材料屬性。

如本文所述的特定系統和方法適用於單個顏色和/或材料處理。在這些情況下，可以考慮單個著色劑和/或材料的區域覆蓋。通常，本文所述的特定系統和方法提供以「連續」方式組合材料的能力，例如提供用於列印顏色和/或其他材料屬性過渡的能力。特定系統和方法使得能夠對給定平面上的區域覆蓋進行控制。在特定情況下，可以在給定平面集合之上共同優化材料分隔，例如跨多個z切片。在特定情況下，系統和方法使得能夠直接控制特定平面或z切片的材料的量。能夠以連續、線性的方式在預計算的材料的最小和最大材料使用優化之間動態地過渡。特定系統和方法使得能夠相互組合或分立地考慮顏色和其他材料屬性。例如，區域覆蓋向量可以與應用於著色劑一樣等同地應用於在不同比例下組合各種材料。這提供了權衡材料屬性和顏色的能力。例如，對於區域覆蓋和著色劑使用範圍的給定集合，可以使用第一全部範圍。通過變化範圍，可以使用不同的全部範圍。特定系統和方法還提供用於動態地控制區域覆蓋和著色劑或材料使用兩者的能力，例如在由於真實的熱圖分析或形變而需要調整各水平的閉環反饋系統中。

如本文所述的特定方法和系統可以由處理從非暫時性存儲介質檢索到的電腦程式代碼的處理器來實施。圖8示出了包括聯接至處理器820的機器可讀存儲介質840的控制系統810的示例800。在特定情況下，控制系統810可以包括計算機；在其他情況下，控制系統可以包括嵌入式計算裝置，例如適用於控制增材製造系統的計算裝置。機器可讀介質840可以是可以包含、存儲、或維持程序和數據以由指令執行系統使用或與指令執行系統組合使用的任何介質。機器可讀介質可以包括許多諸如例如電子、磁性、光學、電磁、或半導體介質之類的物理介質中的任意一種。合適的機器可讀介質的更具體示例包括但不限於硬碟驅動、隨機訪問存儲器(RAM)、只讀存儲器(ROM)、可擦除可編程只讀存儲器、或可攜式盤碟。在圖8中，機器可讀存儲介質包括用於實施控制器850的程序代碼，這可以實施圖1的設備110、圖6的系統控制器610、或者圖3、圖4和圖7方法中的任一方法。附圖的部件諸如圖1中所示的那些可以由普通處理系統實施，和/或可以包括專用硬體模塊和/或軟體模塊。在特定情況下，機器可讀存儲介質還可以包括一個或多個映射，例如分離生成器140使用的查找表，該查找表可以是頻譜分離查找表的形式。

已經展示了之前的說明書以說明和描述所述原理的示例。該說明書並非旨在窮舉這些原理，或者並非將這些原理限制於所公開的任何具體的形式。根據以上教導許多修改和變化是可能的。