BE1024204B1 - Self-supporting in additive production - Google Patents

Abstract

Er word een systeem en werkwijze verschaft voor het wijzigen van kenmerken in ontwerpen van voorwerpen om hen fysisch in staat te stellen om te worden geproduceerd gebruikmakend van additieve productietechnieken en - machines.A system and method is provided for altering features in designing objects to physically enable them to be produced using additive production techniques and machines.

Description

ZELFDRAGEND IN ADDITIEVE PRODUCTIESELF-CARRYING IN ADDITIVE PRODUCTION

ACHTERGROND VAN DE UITVINDINGBACKGROUND OF THE INVENTION

Deze aanvraag heeft in het algemeen betrekking op technieken voor additieve productie (bv. driedimensionaal printen). In het bijzonder heeft deze aanvraag betrekking op het automatisch ontwerpen van zelfdragende voorwerpen voor additieve productie.This application generally relates to techniques for additive production (eg three-dimensional printing). In particular, this application relates to the automatic design of self-supporting articles for additive production.

Additieve productietechnieken die een energiebron gebruiken om bouwgrondstoffen te verwerken hebben de neiging om thermische en mechanische spanningen en belastingen te creëren tijdens het productieproces. Deze spanningen en belastingen kunnen, bijvoorbeeld, veroorzaakt worden door het opwarmen en afkoelen van de bouwgrondstoffen, hetgeen leidt tot uitzetten en krimpen van het materiaal tijdens de productie. De spanningen en belastingen op het voorwerp kunnen, tijdens of na de productie, het voorwerp vervormen, of ze kunnen tijdens de productie zelfs verhinderen dat het bouwproces voortgaat.Additive production techniques that use an energy source to process building materials tend to create thermal and mechanical stresses and loads during the production process. These stresses and loads can, for example, be caused by heating and cooling of the building materials, which leads to expansion and shrinkage of the material during production. During or after production, the stresses and loads on the object can deform the object, or they can even prevent the building process from continuing during production.

In sommige gevallen kunnen steunen gebruikt worden om het voorwerp dat geproduceerd wordt te ondersteunen tijdens het productieproces. Deze steunen kunnen rechtstreeks contact maken met het voorwerp en kunnen voorkomen dat spanningen en belastingen het voorwerp vervormen of verwringen, werken als warmteafleider, en / of zorgen voor verticale steun (bv. tegen de zwaartekracht) om het voorwerp op een bepaalde plaats te houden. Het toevoegen van deze steunen kan echter de productiekostprijs en -tijd doen toenemen door het extra materiaal dat nodig is voor de steunen, extra tijd nodig om steunen te plaatsen in het ontwerp van het voorwerp, en extra nabewerkingen die nodig zijn om de steunen te verwijderen. Dienovereenkomstig is er nood aan betere technieken om voorwerpen te ondersteunen tijdens additive productie.In some cases, supports can be used to support the article being produced during the production process. These supports can make direct contact with the object and prevent stresses and loads from distorting or distorting the object, acting as a heat sink, and / or providing vertical support (eg against gravity) to hold the object in a certain place. However, the addition of these supports can increase production cost price and time due to the additional material required for the supports, additional time required to place supports in the design of the article, and additional post-processing necessary to remove the supports . Accordingly, there is a need for better techniques to support objects during additive production.

SAMENVATTINGSUMMARY

In één uitvoeringsvorm wordt een systeem voor additieve productie verschaft. Het systeem omvat een computerstuursysteem omvattende één of meer computers met een geheugen en een processor. Het computerstuursysteem is geconfigureerd om te bepalen of één of meer oppervlakken van het voorwerp een oppervlakhoek hebben die kleiner is dan een drempelwaarde. Het computerstuursysteem is voorts geconfigureerd om één of meer randen aan te duiden omvattende een eerste rand, waarbij de eerste rand zich bevindt tussen een eerste oppervlak van de één of meer oppervlakken en een tweede oppervlak van de één of meer oppervlakken, waarbij het eerste oppervlak een oppervlakhoek heeft die kleiner is dan de drempelwaarde en het tweede oppervlak een oppervlakhoek heeft die gelijk is aan of groter is dan de drempelwaarde. Eén of meer bijkomende oppervlakken worden vervolgens gegenereerd langs de één of meer randen in het ontwerpbestand. KORTE BESCHRIJVING VAN DE TEKENINGEN Figuur 1 is een voorbeeld van een systeem voor het ontwerpen en produceren van 3D voorwerpen.In one embodiment, a system for additive production is provided. The system comprises a computer control system comprising one or more computers with a memory and a processor. The computer control system is configured to determine whether one or more surfaces of the object have a surface angle that is less than a threshold value. The computer control system is further configured to indicate one or more edges comprising a first edge, the first edge being located between a first surface of the one or more surfaces and a second surface of the one or more surfaces, the first surface having a has a surface angle that is smaller than the threshold value and the second surface has a surface angle that is equal to or greater than the threshold value. One or more additional surfaces are then generated along the one or more edges in the design file. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Figure 1 is an example of a system for designing and producing 3D objects.

Figuur 2 illustreert een functioneel blokdiagram van een voorbeeld van de computer die weergegeven wordt in figuur 1.Figure 2 illustrates a functional block diagram of an example of the computer shown in Figure 1.

Figuur 3 toont in grote lijnen een procédé voor het produceren van een 3D voorwerp gebruikmakend van het systeem van figuur 1.Figure 3 shows in broad outline a process for producing a 3D object using the system of Figure 1.

Figuur 4 is een stromingsdiagram dat een procédé illustreert waarmee een computer ontwerpen kan wijzigen van voorwerpen die moeten worden geproduceerd met additieve productie.Figure 4 is a flow chart illustrating a process that allows a computer to change designs of objects to be produced with additive production.

Figuur 5A illustreert een voorbeeld van een voorwerp.Figure 5A illustrates an example of an object.

Figuur 5B illustreert een voorbeeld van het voorwerp van figuur 5A met toegevoegde randen. Figuur 5C illustreert een voorbeeld van het voorwerp van figuur 5B met toegevoegde oppervlakken langs de randen.Figure 5B illustrates an example of the object of Figure 5A with added edges. Figure 5C illustrates an example of the object of Figure 5B with added surfaces along the edges.

Figuur 6 illustreert een voorbeeld van het volumeverschil tussen steunen die gebouwd zijn langs verschillende randen van een voorwerp.Figure 6 illustrates an example of the volume difference between supports built along different edges of an object.

Figuur 7 is een stromingsdiagram dat een ander procédé illustreert waarmee een computer ontwerpen kan wijzigen van voorwerpen die moeten worden geproduceerd met additieve productie.Figure 7 is a flow chart illustrating another process that allows a computer to change designs of objects to be produced with additive production.

GEDETAILLEERDE BESCHRIJVING VAN BEPAALDE UITVOERINGSVORMEN VANDETAILED DESCRIPTION OF CERTAIN EMBODIMENTS OF

DE UITVINDINGTHE INVENTION

De volgende beschrijving en de bijhorende figuren zijn gericht op bepaalde specifieke uitvoeringsvormen. De uitvoeringsvormen die in een bepaalde context beschreven worden zijn niet bedoeld om deze beschrijving te beperken tot de gespecificeerde uitvoeringsvorm of tot een bepaald gebruik. Vakmensen zullen inzien dat de beschreven uitvoeringsvormen, aspecten en / of kenmerken niet beperkt zijn tot bepaalde uitvoeringsvormen.The following description and the accompanying figures are directed to certain specific embodiments. The embodiments described in a particular context are not intended to limit this description to the specified embodiment or to a particular use. Those skilled in the art will recognize that the described embodiments, aspects and / or features are not limited to particular embodiments.

De systemen en werkwijzen die hier beschreven worden kunnen worden uitgevoerd gebruikmakend van verschillende systemen en technieken voor additieve productie en / of driedimensionaal (3D) printen. Additieve productietechnieken vertrekken typisch van een digitale voorstelling van het 3D voorwerp dat moet worden gevormd. In het algemeen wordt de digitale voorstelling verdeeld in een reeks dwarsdoorsneden zodat lagen, of “sneden”, ontstaan die boven elkaar gelegd worden om het gehele voorwerp te vormen. De lagen stellen het 3D voorwerp voor, en kunnen worden gegenereerd gebruikmakend van modelleersoftware voor additieve productie die uitgevoerd wordt door een computer. De software kan bijvoorbeeld computer aided design and manufacturing (CAD/CAM) software omvatten. Informatie over de dwarsdoorsnedelagen van het 3D voorwerp kan worden opgeslagen als dwarsdoorsnedegegevens. Een additieve productiemachine of -systeem (bv. 3D printen) gebruikt de dwarsdoorsnedegegevens om het 3D voorwerp laag per laag op te bouwen. Dienovereenkomstig laat additieve productie toe om 3D voorwerpen rechtstreeks te produceren vanuit door de computer gegenereerde gegevens van de voorwerpen, zoals CAD-bestanden (Computer Aided Design) en in het bijzonder STL bestanden. Additieve productie verschaft de mogelijkheid om snel zowel eenvoudige als ingewikkelde onderdelen te produceren zonder gereedschap en zonder dat het nodig is om verschillende delen te assembleren.The systems and methods described herein can be implemented using various systems and techniques for additive production and / or three-dimensional (3D) printing. Additive production techniques typically start from a digital representation of the 3D object to be formed. In general, the digital representation is divided into a series of cross-sections so that layers, or "cuts", are created that are superposed to form the entire object. The layers represent the 3D object, and can be generated using modeling software for additive production performed by a computer. The software may, for example, include computer aided design and manufacturing (CAD / CAM) software. Information about the cross-sectional layers of the 3D object can be stored as cross-sectional data. An additive production machine or system (eg 3D printing) uses the cross-sectional data to build up the 3D object layer by layer. Accordingly, additive production allows to produce 3D objects directly from computer-generated data of the objects, such as CAD files (Computer Aided Design) and in particular STL files. Additive production provides the ability to quickly produce both simple and complex parts without tools and without the need to assemble different parts.

Stereolithografie (SLA) is een additieve productietechniek die gebruikt wordt om 3D voorwerpen laag per laag te “printen”. Een SLA-toestel kan, bijvoorbeeld, een laser gebruiken om een fotoreactieve substantie uit te harden onder de uitgestuurde straling. In sommige uitvoeringsvormen richt het SLA-toestel de laser over een oppervlak van een fotoreactieve substantie zoals, bijvoorbeeld, een uithardbaar fotopolymeer (“hars”), om een voorwerp laag per laag op te bouwen. Voor elke laag volgt de laserstraal een dwarsdoorsnede van het voorwerp op het oppervlak van het vloeibaar hars, waardoor de dwarsdoorsnede uithardt en stolt en aan de laag eronder gehecht wordt. Nadat een laag voltooid werd, laat het SLA-toestel het productieplatform zakken over een afstand die gelijk is aan de dikte van één laag, en legt dan een nieuw oppervlak van niet-uitgehard hars (of een soortgelijk fotoreactief materiaal) op de vorige laag. Op dit oppervlak wordt een nieuw patroon gevolgd waardoor een nieuwe laag gevormd wordt. Door dit procédé laag per laag te herhalen kan een volledig 3D onderdeel gevormd worden.Stereolithography (SLA) is an additive production technique that is used to "print" 3D objects layer by layer. An SLA device can, for example, use a laser to cure a photo-reactive substance under the emitted radiation. In some embodiments, the SLA device directs the laser over a surface of a photo-reactive substance such as, for example, a curable photopolymer ("resin"), to build up an item layer by layer. For each layer, the laser beam follows a cross-section of the object on the surface of the liquid resin, whereby the cross-section hardens and solidifies and is adhered to the layer below. After a layer has been completed, the SLA device lowers the production platform by a distance equal to the thickness of one layer, and then lays a new surface of uncured resin (or a similar photoactive material) on the previous layer. A new pattern is followed on this surface, forming a new layer. By repeating this process layer by layer, a complete 3D component can be formed.

Selectief lasersinteren (LS) is een andere additieve productietechniek die gebruikt wordt voor het 3D printen van voorwerpen. LS-toestellen maken vaak gebruik van een laser met hoog vermogen (bv. een koolstofdioxidelaser) om kleine deeltjes kunststof, metaal, keramiek of glaspoeder te “sinteren” (i.e. samensmelten) tot een 3D voorwerp. Op soortgelijke wijze als SLA, kan het LS-toestel een laser gebruiken om dwarsdoorsneden te volgen op het oppervlak van een poederbed in overeenstemming met een CAD-ontwerp. Eveneens soortgelijk aan SLA, kan het LS-toestel een productieplatform laten zakken over de dikte van één laag nadat een laag voltooid werd en een nieuwe laag materiaal toevoegen zodat een nieuwe laag kan worden gevormd. In sommige uitvoeringsvormen kan een LS-toestel het poeder voorverwarmen zodat het gemakkelijker is voor de laser om de temperatuur te doen stijgen tijdens het sinterproces.Selective laser sintering (LS) is another additive production technique that is used for 3D printing of objects. LS devices often use a high-power laser (e.g. a carbon dioxide laser) to "sinter" (i.e. fuse) small particles of plastic, metal, ceramic or glass powder into a 3D object. Similarly to SLA, the LS device can use a laser to track cross-sections on the surface of a powder bed in accordance with a CAD design. Also similar to SLA, the LS device can lower a production platform over the thickness of one layer after a layer has been completed and add a new layer of material so that a new layer can be formed. In some embodiments, an LS device can pre-heat the powder so that it is easier for the laser to raise the temperature during the sintering process.

Selectief lasersmelten (LM - Laser Melting) is nog een andere additieve productietechniek die gebruikt wordt voor het 3D printen van voorwerpen. Zoals bij LS, gebruikt een LM-toestel typisch een laser met hoog vermogen om selectief dunne lagen van een metaalpoeder te smelten om vaste metalen voorwerpen te vormen. Hoewel het soortgelijk is, verschilt LM van LS omdat het typisch materialen met een veel hoger smeltpunt gebruikt. Wanneer er voorwerpen opgebouwd worden met LM, kunnen dunne lagen metaalpoeder verdeeld worden gebruikmakend van verschillende coatingmechanismen. Zoals bij SLA en LS beweegt een productie-oppervlak op en neer om toe te laten dat lagen individueel worden gevormd.Selective laser melting (LM - Laser Melting) is yet another additive production technique that is used for 3D printing of objects. As with LS, an LM device typically uses a high-power laser to selectively melt thin layers of a metal powder to form solid metal objects. Although it is similar, LM differs from LS because it typically uses materials with a much higher melting point. When objects are built up with LM, thin layers of metal powder can be distributed using different coating mechanisms. As with SLA and LS, a production surface moves up and down to allow layers to be formed individually.

Fused Deposition Modeling (FDM) is nog een additieve productietechniek waarbij een 3D voorwerp geproduceerd wordt door kleine draden uit, bijvoorbeeld, thermoplastisch materiaal, te extruderen via een extrusiemondstuk om lagen te vormen. In een typische opstelling wordt het extrusiemondstuk verwarmd om de grondstof te smelten naarmate ze geëxtrudeerd wordt. De grondstof hardt vervolgens onmiddellijk uit na extrusie uit een mondstuk. Het extrusiemondstuk kan worden verplaatst in één of meer richtingen door middel van geschikte machines. Soortgelijk als bij de hoger vermelde additieve productietechnieken, volgt het extrusiemondstuk een pad dat aangestuurd wordt door CAD- of CAM-software. Eveneens soortgelijk wordt het onderdeel vanaf de bodem opgebouwd, laag per laag.Fused Deposition Modeling (FDM) is another additive production technique in which a 3D object is produced by extruding small wires from, for example, thermoplastic material through an extrusion nozzle to form layers. In a typical arrangement, the extrusion nozzle is heated to melt the raw material as it is extruded. The raw material then hardens immediately after extrusion from a nozzle. The extrusion nozzle can be moved in one or more directions by means of suitable machines. Similar to the aforementioned additive production techniques, the extrusion nozzle follows a path that is driven by CAD or CAM software. Similarly, the part is built up from the bottom, layer by layer.

Elektronenstraalsmelten (EBM - Electron Beam Melting) en direct metal laser sintering (DMLS) zijn andere voorbeelden van additieve productietechnieken voor het 3D printen van voorwerpen.Electron beam melting (EBM - Electron Beam Melting) and direct metal laser sintering (DMLS) are other examples of additive production techniques for 3D printing of objects.

Met toestellen voor additieve productie kunnen voorwerpen worden gevormd gebruikmakend van verscheidene materialen, zoals (maar niet beperkt tot): polypropyleen, thermoplastisch polyurethaan, polyurethaan, acrylonitril butadieen styreen (ABS), polycarbonaat (PC), PC-ABS, PLA, polystyreen, lignine, polyamide, polyamide met toeslagstoffen zoals glas- of metaaldeeltjes, methylmethacrylaat-acrylonitril-butadieen-styreen copolymeer, resorbeerbare materialen zoals polymeer-keramische composieten, en andere soortgelijke geschikte materialen. In sommige uitvoeringsvormen kunnen in de handel verkrijgbare materialen worden gebruikt. Deze materialen kunnen de volgende omvatten: de reeks DSM Somos® materialen 7100, 8100, 9100, 9420, 10100, 11100, 12110, 14120 en 15100 van DSM Somos; de materialen ABSplus-P430, ABSi, ABS-ESD7, ABS-M30, ABS-M30Î, PC-ABS, PC-ISO, PC, ULTEM 9085, PPSF en PPSU van Stratasys; de reeks materialen Accura Plastic, DuraForm, CastForm, Laserform en VisiJet van 3-Systems; Aluminium, KobaltChroom en Roestvrijstalen materialen; Maranging Staal; Nikkellegering; Titanium; de reeks materialen PA, PrimeCast en PrimePart materialen en Alumide en CarbonMide van EOS GmbH. Voorwerpen die gevormd worden gebruikmakend van de additieve productietechnieken die hierboven beschreven worden hebben de neiging om te vervormen ten opzichte van de ontwerpafmetingen van het voorwerp door, bijvoorbeeld, hoge spanningen en / of belastingen die optreden tijdens de productie van het 3D voorwerp. Er kunnen bijvoorbeeld thermische en / of mechanische spanningen en / of belastingen optreden tijdens een LM-procedé door een hoge temperatuur van een energiebron, zoals een laser, die gebruikt wordt bij het genereren van het 3D voorwerp. Meer in het bijzonder kunnen er grote temperatuurgradiënten aanwezig zijn door het smelten van de poeders die in het LM-procedé worden gebruikt, en deze grote gradiënten kunnen thermische spanningen en / of belastingen op het voorwerp veroorzaken tijdens de productie. Voorts kunnen inwendige mechanische spanningen en / of belastingen veroorzaakt worden door de eigenschappen van het welbepaalde gebruikte materiaal. Deze mechanische spanningen en / of belastingen kunnen, bijvoorbeeld, het krimpen of uitzetten omvatten van het materiaal dat gebruikt wordt om het object te vormen wanneer het materiaal gescand wordt door de energiebron.With additive production devices, objects can be formed using various materials such as (but not limited to): polypropylene, thermoplastic polyurethane, polyurethane, acrylonitrile butadiene styrene (ABS), polycarbonate (PC), PC-ABS, PLA, polystyrene, lignin , polyamide, polyamide with additives such as glass or metal particles, methyl methacrylate-acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer, resorbable materials such as polymer-ceramic composites, and other similar suitable materials. In some embodiments, commercially available materials can be used. These materials can include the following: the DSM Somos® range of materials 7100, 8100, 9100, 9420, 10100, 11100, 12110, 14120 and 15100 from DSM Somos; Stratasys materials ABSplus-P430, ABSi, ABS-ESD7, ABS-M30, ABS-M30Î, PC-ABS, PC-ISO, PC, ULTEM 9085, PPSF and PPSU; the 3-Systems Accura Plastic, DuraForm, CastForm, Laserform and VisiJet materials; Aluminum, Cobalt Chrome and Stainless steel materials; Maranging Steel; Nickel alloy; Titanium; PA, PrimeCast and PrimePart materials and Alumide and CarbonMide from EOS GmbH. Articles formed using the additive production techniques described above tend to deform relative to the design dimensions of the article due to, for example, high stresses and / or loads occurring during the production of the 3D article. For example, thermal and / or mechanical stresses and / or loads may occur during an LM process due to a high temperature of an energy source, such as a laser, used in generating the 3D object. More specifically, large temperature gradients may be present by melting the powders used in the LM process, and these large gradients may cause thermal stresses and / or loads on the article during production. Furthermore, internal mechanical stresses and / or loads can be caused by the properties of the particular material used. These mechanical stresses and / or loads may include, for example, the shrinking or expansion of the material used to form the object when the material is scanned by the energy source.

Grote spanningen en / of belastingen op het voorwerp kunnen ertoe leiden dat bepaalde delen van het voorwerp vervormen tijdens het bouwen, hetgeen kan leiden tot een mislukte of “ingestorte” structuur, of een onnauwkeurig en / of defect voorwerp. Een poedercoater in een LM-machine kan bijvoorbeeld een vervormd gedeelte raken van een lager liggende laag van een voorwerp dat gebouwd wordt indien dat gedeelte naar boven boog of kromde tijdens het verwerken van één van de lagen.Large tensions and / or loads on the object can cause certain parts of the object to deform during construction, which can lead to a failed or “collapsed” structure, or an inaccurate and / or defective object. For example, a powder coater in an LM machine may hit a deformed portion of a lower layer of an object that is built if that portion curved or curved upward during the processing of one of the layers.

Voorwerpsteunen (hierin ook “steunen” genoemd) kunnen worden gebruikt om een voorwerp of een deel van een voorwerp op zijn plaats te houden en om vervormingen van het voorwerp te voorkomen tijdens het bouwproces. In het algemeen is een “voorwerpsteun” een structuur die een verbinding vormt tussen, bijvoorbeeld, een basisplaat, een inwendige voorwerpstructuur (bv. een ander deel van het voorweip), of een uitwendige voorwerpstructuur (bv. een ander voorwerp dat geproduceerd wordt tijdens hetzelfde bouwproces als het voorwerp), en het voorwerp dat geproduceerd wordt. Voorwerpsteunen kunnen zowat eender welke vorm en grootte hebben die kunnen worden vervaardigd tezamen met het voorwerp. En een gegeven voorwerp kan tijdens additieve productie ondersteund worden door een verscheidenheid aan voorwerpsteunen met verschillende vormen en grootten op basis van het ontwerp van het voorwerp en het gekozen additieve productieproces. De voorlopige octrooiaanvraag U.S. 61/816 313 en de octrooiaanvraag PCT/EP2014/058484 bijvoorbeeld, waarvan de gehele inhoud hierin geïntegreerd is via referentie, beschrijven het gebruiken van “hybridesteunen” die kunnen worden gebruikt tijdens additieve productieprocessen.Object supports (also referred to herein as "supports") can be used to hold an object or part of an object in place and to prevent deformation of the object during the building process. In general, an "article support" is a structure that forms a connection between, for example, a base plate, an internal article structure (e.g., another part of the front whey), or an external article structure (e.g., another article produced during the same building process as the object), and the object being produced. Object supports can be just about any shape and size that can be made together with the object. And a given article can be supported during additive production by a variety of article supports with different shapes and sizes based on the design of the article and the chosen additive production process. The provisional patent application U.S. For example, 61/816 313 and the patent application PCT / EP2014 / 058484, the entire contents of which are incorporated herein by reference, describe the use of "hybrid supports" that can be used during additive production processes.

Voorwerpsteunen kunnen de nauwkeurigheid van het resulterende voorwerp na additieve productie verbeteren door aan elke laag haar ontwerpafmetingen op te leggen. Bijkomend kunnen voorwerpsteunen warmte van de voorwerplaag weg en naar een steunstructuur en / of basisplaat leiden om door het additieve productieproces veroorzaakte thermische spanningen en belastingen te verminderen.Object supports can improve the accuracy of the resulting object after additive production by imposing its design dimensions on each layer. Additionally, object supports can direct heat away from the article layer and to a support structure and / or base plate to reduce thermal stresses and loads caused by the additive manufacturing process.

Het toevoegen van dergelijke steunen bij het produceren van het voorwerp vereist echter dat bijkomend materiaal gebruikt wordt om de steun te bouwen en vereist dat de steunen van het voorwerp verwijderd worden. Het procédé om de steunen te verwijderen kan tijdrovend en moeilijk zijn. In het bijzonder omvatten werkwijzen voor het verwijderen van de steunen in vergelijking met degene die hier beschreven worden het gebruiken van een tang, hamer en beitel om de steunen van het voorwerp af te breken. Een dergelijk breken van de steunen kan vereisen dat er met de tang, hamer en beitel een grote kracht toegepast wordt op de steun en vereist ook nauwkeurigheid.However, adding such supports in producing the article requires additional material to be used to build the support and requires the supports to be removed from the article. The process of removing the supports can be time-consuming and difficult. In particular, methods for removing the supports as compared to those described herein include the use of pliers, hammer and chisel to break off the supports from the article. Such breaking of the supports may require that a large force is applied to the support with the tongs, hammer and bit and also requires accuracy.

Dienovereenkomstig zouden systemen en werkwijzen die hier beschreven werden enkele of alle steunen overbodig kunnen maken die vereist zijn voor het produceren van een voorwerp door het ontwerp te wijzigen van het voorwerp dat moet worden geproduceerd gebruikmakend van additieve productietechnieken en -machines. In het bijzonder kan het ontwerp van het voorwerp zo gewijzigd worden dat het zelfdragend wordt, en geen bijkomende steunen vereist. In sommige uitvoeringsvormen kan een wanddikte van delen van het voorwerp in het ontwerp selectief aangepast worden om ervoor te zorgen dat het voorwerp zelfdragend is. Systemen en werkwijzen die hier beschreven worden kunnen er bijvoorbeeld voor zorgen dat de wanddikte van elk oppervlak van een voorwerp in een ontwerpbestand (bv. een STL-bestand) boven een bepaalde minimale drempelwaarde voor de dikte ligt. Voor elk oppervlak waarvan bepaald wordt dat de dikte onder de drempelwaarde ligt, kan het ontwerpbestand worden aangepast zodanig dat voor elk oppervlak waarvan de dikte onder de drempelwaarde ligt, de dikte ingesteld wordt op de minimale drempelwaarde. Voorts kunnen de systemen en werkwijzen die hier beschreven worden, voor elk oppervlak (bv. een driehoek van een STL-bestand) dat het voorwerp beschrijft, bepalen of een oppervlakhoek van het oppervlak aangeeft dat het oppervlak op die plaats al dan niet zelfdragend is (bv. of de oppervlakhoek boven een minimale drempelwaarde ligt om zelfdragend te zijn). De oppervlakhoek van een oppervlak, zoals in het vakgebied bekend is, kan worden berekend als zijnde de hoek tussen de loodlijn op het vlak van het oppervlak, en de loodlijn op het bouwoppervlak waarop het voorwerp moet worden gebouwd. Voor elk oppervlak waarvan bepaald wordt dat de oppervlakhoek onder de minimale drempelwaarde ligt, en dat dus niet zelfdragend is, kan het ontwerpbestand worden gewijzigd op zodanig wijze dat elk niet zelfdragend oppervlak verbonden wordt met een zelfdragend oppervlak. De verbinding kan worden gevormd door een rand (bv. een lijn) te verbinden tussen het niet-zelfdragend oppervlak en een zelfdragend oppervlak op het voorwerp en een oppervlak te bouwen langs die rand. Het oppervlak kan worden gebouwd langs de rand gebruikmakend van een marching cubes-algoritme, in sommige uitvoeringsvormen, of met andere geschikte werkwijzen. Voorts kan het zelfdragend oppervlak gekozen worden op basis van een aantal criteria zoals het minimaliseren van het volume dat een rand tussen het niet-zelfdragend oppervlak en het zelfdragend oppervlak zou toevoegen wanneer een oppervlak gebouwd wordt langs die rand.Accordingly, systems and methods described herein may render unnecessary any or all of the supports required for producing an article by altering the design of the article to be produced using additive manufacturing techniques and machines. In particular, the design of the article can be changed so that it becomes self-supporting and requires no additional supports. In some embodiments, a wall thickness of parts of the article in the design can be selectively adjusted to ensure that the article is self-supporting. For example, systems and methods described herein can cause the wall thickness of any surface of an object in a design file (e.g., an STL file) to be above a certain minimum threshold threshold value for the thickness. For each surface whose thickness is determined to be below the threshold value, the design file can be adjusted such that for each surface whose thickness is below the threshold value, the thickness is set to the minimum threshold value. Furthermore, for each surface (e.g., a triangle of an STL file) describing the object, the systems and methods described herein can determine whether a surface angle of the surface indicates whether or not the surface at that location is self-supporting ( eg the surface angle is above a minimum threshold to be self-supporting). The surface angle of a surface, as is known in the art, can be calculated as being the angle between the perpendicular to the surface of the surface, and the perpendicular to the building surface on which the object is to be built. For any surface that is determined to have a surface angle below the minimum threshold value, and that is therefore not self-supporting, the design file can be modified in such a way that any non-self-supporting surface is connected to a self-supporting surface. The connection can be formed by connecting an edge (e.g., a line) between the non-self-supporting surface and a self-supporting surface on the object and building a surface along that edge. The surface can be built along the edge using a marching cubes algorithm, in some embodiments, or by other suitable methods. Furthermore, the self-supporting surface can be selected based on a number of criteria such as minimizing the volume that an edge would add between the non-self-supporting surface and the self-supporting surface when a surface is built along that edge.

In sommige gevallen kan het toevoegen van randen voor elk niet-zelfdragend oppervlak naar een zelfdragend oppervlak in overeenstemming met bepaalde criteria resulteren in een suboptimale keuze van randen waarop oppervlakken gebouwd worden voor de voorwerpen. Dienovereenkomstig kunnen systemen en werkwijzen hierin de gekozen randen verder bijstellen voordat oppervlakken voor het voorwerp gebouwd worden langs de randen. Bijvoorbeeld kan, indien in een bepaald gebied van het voorwerp de meeste randen in één richting gaan, maar er één of meer randen in de tegenovergestelde richting gaan, de oriëntatie van de één of meer randen in de tegenovergestelde richting gewijzigd worden zodat ze in dezelfde richting gaan als de andere randen, en kunnen ze dienovereenkomstig verbonden worden met een ander zelfdragend oppervlak. Indien bijvoorbeeld een bepaald percentage (bv. boven een drempelpercentage) van de randen in een bepaald gebied allemaal in één richting gaan, dan kan de oriëntatie van iedere rand die in de tegenovergestelde richting gaat gewijzigd worden naar de ene richting. Bijkomend kan elke rand die niet binnen het oppervlak past, of elke rand die geen andere randen heeft (of geen minimaal aantal bijkomende randen) binnen een drempelafstand, verwijderd worden.In some cases, adding edges for each non-self-supporting surface to a self-supporting surface in accordance with certain criteria may result in a suboptimal choice of edges on which surfaces are built for the objects. Accordingly, systems and methods herein can further adjust the selected edges before surfaces for the article are built along the edges. For example, if in a certain area of the object most edges go in one direction but one or more edges go in the opposite direction, the orientation of the one or more edges in the opposite direction can be changed so that they are in the same direction like the other edges, and can be connected accordingly to another self-supporting surface. For example, if a certain percentage (e.g., above a threshold percentage) of the edges in a given area all go in one direction, then the orientation of each edge going in the opposite direction can be changed to one direction. Additionally, any edge that does not fit within the surface, or any edge that has no other edges (or no minimum number of additional edges) within a threshold distance, can be removed.

Een vakman zal inzien dat de systemen en werkwijzen die hier beschreven worden om ontwerpen zelfdragend te maken, kunnen worden gebruikt tijdens eender welk aantal delen van het ontwerpproces. De systemen en werkwijzen kunnen bv. worden geïmplementeerd tijdens een uitholproces bij het ontwerpen van een voorwerp, tijdens het perforeren van het voorwerp, of tijdens eender welk ander geschikt proces of geschikte bewerking.A person skilled in the art will recognize that the systems and methods described herein to make designs self-supporting can be used during any number of parts of the design process. The systems and methods may, for example, be implemented during a hollowing process in designing an object, during perforating the object, or during any other suitable process or operation.

Hoewel sommige uitvoeringsvormen die hier beschreven worden, beschreven worden met betrekking tot stereolithografietechnieken die gebruikmaken van hars als bouwmateriaal, kunnen het beschreven systeem en de werkwijzen ook worden gebruikt met bepaalde andere additieve productietechnieken en / of bepaalde andere bouwmaterialen, zoals een vakman zal inzien.Although some embodiments described herein are described with regard to stereolithography techniques using resin as a building material, the described system and methods may also be used with certain other additive production techniques and / or certain other building materials, as one skilled in the art will appreciate.

Uitvoeringsvormen van de uitvinding kunnen worden toegepast binnen een ontwerp- en productiesysteem voor 3D voorwerpen. In figuur 1 wordt een voorbeeld weergegeven van een computeromgeving die geschikt is voor het implementeren van het ontwerpen en produceren van 3D voorwerpen. De omgeving omvat een systeem 100. Het systeem 100 omvat één of meer computers 102a-102d, die, bijvoorbeeld, eender welk werkstation, server, of andere computerapparatuur kunnen zijn die in staat zijn om informatie te verwerken. In sommige aspecten kan elke computer 102a-102d, via eender welke geschikte communicatietechnologie (bv. een intemetprotocol), verbonden zijn met een netwerk 105 (bv. het internet). Dienovereenkomstig kunnen de computers 102a-102d gegevens (bv. software, digitale voorstellingen van 3D voorwerpen, commando’s of instructies om een additief productietoestel aan te sturen, enz.) met elkaar uitwisselen via het netwerk 105.Embodiments of the invention can be applied within a design and production system for 3D objects. Figure 1 shows an example of a computing environment suitable for implementing the design and production of 3D objects. The environment includes a system 100. The system 100 includes one or more computers 102a-102d, which may, for example, be any workstation, server, or other computer equipment capable of processing information. In some aspects, each computer 102a-102d may be connected to a network 105 (e.g., the Internet) via any suitable communication technology (e.g., an internet protocol). Accordingly, the computers 102a-102d can exchange data (e.g., software, digital representations of 3D objects, commands or instructions to control an additive production device, etc.) with each other via the network 105.

Het systeem 100 omvat voorts één of meer additieve productietoestellen (bv. 3D printers) 106a-106b. Zoals weergegeven is het additieve productietoestel 106a rechtstreeks verbonden met een computer 102d (en via computer 102d verbonden met computers 102a-102c via het netwerk 105) en is additief productietoestel 106b verbonden met de computers 102a-102d via het netwerk 105. Dienovereenkomstig zal een vakman begrijpen dat een additief productietoestel 106 rechtstreeks verbonden kan zijn met een computer 102, verbonden kan zijn met een computer 102 via een netwerk 105, en / of verbonden kan zijn met een computer 102 via een andere computer 102 en het netwerk 105.The system 100 further comprises one or more additive production devices (e.g., 3D printers) 106a-106b. As shown, the additive production device 106a is directly connected to a computer 102d (and via computer 102d connected to computers 102a-102c via the network 105) and additive production device 106b is connected to the computers 102a-102d via the network 105. Accordingly, a person skilled in the art will understand that an additive production device 106 can be directly connected to a computer 102, can be connected to a computer 102 via a network 105, and / or can be connected to a computer 102 via another computer 102 and the network 105.

Er moet worden opgemerkt dat hoewel het systeem 100 beschreven wordt met betrekking tot een netwerk en één of meer computers, de hier beschreven technieken ook van toepassing zijn op één enkele computer 102, die rechtstreeks verbonden kan zijn met een additief productietoestel 106.It should be noted that although the system 100 is described with respect to a network and one or more computers, the techniques described herein also apply to a single computer 102, which may be directly connected to an additive production device 106.

Figuur 2 illustreert een functioneel blokdiagram van één voorbeeld van een computer van figuur 1. De computer 102a omvat een processor 210 die in datacommunicatie staat met een geheugen 220, een invoertoestel 230 en een uitvoertoestel 240. In sommige uitvoeringsvormen staat de processor voorts in datacommunicatie met een optionele netwerkinterfacekaart 260. Hoewel ze afzonderlijk beschreven worden moet men inzien dat functionele blokken die beschreven worden met betrekking tot computer 102a geen afzonderlijke structurele elementen moeten zijn. De processor 210 en geheugen 220 kunnen bijvoorbeeld uitgevoerd zijn op één enkele chip.Figure 2 illustrates a functional block diagram of one example of a computer of Figure 1. The computer 102a includes a processor 210 that is in data communication with a memory 220, an input device 230, and an output device 240. In some embodiments, the processor is furthermore in data communication with an optional network interface card 260. Although described separately, it is to be understood that functional blocks described with respect to computer 102a should not be separate structural elements. The processor 210 and memory 220 may, for example, be designed on a single chip.

De processor 210 kan een processor voor algemeen gebruik, een digitale signaalprocessor (DSP), een geïntegreerd circuit voor een specifieke toepassing (ASIC - Application Specific Integrated Circuit), een veld-programmeerbare gate-array (FPGA - Field Programmable Gate Array) of een ander programmeerbaar toestel zijn, een verwerkingseenheid met afzonderlijke poorten of transistors, afzonderlijke hardwarecomponenten, of eender welke geschikte combinatie daarvan die ontworpen is om de hier beschreven functies uit te voeren. Een processor kan ook worden geïmplementeerd als combinatie van computerapparatuur, bv. een combinatie van een DSP en een microprocessor, een veelheid van microprocessoren, één of meer microprocessoren samen met een DSP-kem, of eender welke andere soortgelijke configuratie.The processor 210 may be a general-purpose processor, a digital signal processor (DSP), an integrated circuit for a specific application (ASIC - Application Specific Integrated Circuit), a field-programmable gate array (FPGA - Field Programmable Gate Array) or a another programmable device, a processing unit with separate ports or transistors, individual hardware components, or any suitable combination thereof designed to perform the functions described herein. A processor can also be implemented as a combination of computer equipment, e.g., a combination of a DSP and a microprocessor, a plurality of microprocessors, one or more microprocessors together with a DSP core, or any other similar configuration.

De processor 210 kan, via één of meer bussen, verbonden worden met een geheugen 220 om informatie te lezen of te schrijven. De processor kan bijkomend, of als alternatief, een geheugen bevatten, zoals processorregisters. Het geheugen 220 kan processorcache omvatten, omvattende een hiërarchische cache met meerdere niveaus waarbij verschillende niveaus verschillende capaciteiten en toegangssnelheden hebben. Het geheugen 220 kan ook een geheugen met willekeurige toegang (RAM - Random Access Memory), andere vluchtige opslageenheden, of niet-vluchtige opslageenheden omvatten.The processor 210 can be connected, via one or more buses, to a memory 220 to read or write information. The processor may additionally or alternatively contain a memory such as processor registers. The memory 220 may include a processor cache comprising a hierarchical multi-level cache with different levels having different capacities and access speeds. The memory 220 may also include a random access memory (RAM), other volatile storage units, or non-volatile storage units.

De processor 210 kan ook verbonden zijn met een invoertoestel 230 en een uitvoertoestel 240 om respectievelijk invoer te ontvangen van en uitvoer te verschaffen aan een gebruiker van de computer 102a. Geschikte invoertoestellen omvatten, maar zijn niet beperkt tot, een toetsenbord, knoppen, sleutels, schakelaars, een aanwijstoestel, een muis, een joystick, een afstandsbediening, een infrarooddetector, een barcodelezer, een scanner, een videocamera (eventueel gekoppeld aan beeldverwerkingssoftware om, bv., hand- of gelaatsbewegingen te detecteren), een bewegingsdetector, of een microfoon (eventueel gekoppeld aan geluidsverwerkingssoftware om, bv., stembevelen te detecteren). Geschikte uitvoertoestellen omvatten, maar zijn niet beperkt tot, visuele uitvoertoestellen, omvattende schermen en printers, geluidsuitvoertoestellen, omvattende luidsprekers, hoofdtelefoons, oortelefoons, en alarmen, additieve productietoestellen, en haptische uitvoertoestellen.The processor 210 may also be connected to an input device 230 and an output device 240 to respectively receive input from and provide output to a user of the computer 102a. Suitable input devices include, but are not limited to, a keyboard, buttons, keys, switches, a pointing device, a mouse, a joystick, a remote control, an infrared detector, a barcode reader, a scanner, a video camera (optionally coupled to image processing software, e.g. ., hand or face movements to be detected), a motion detector, or a microphone (optionally coupled to sound processing software to, for example, detect voice commands). Suitable output devices include, but are not limited to, visual output devices, including screens and printers, audio output devices, including speakers, headphones, earphones, and alarms, additive production devices, and haptic output devices.

De processor 210 kan voorts verbonden zijn met een netwerkinterfacekaart 260. De netwerkinterfacekaart 260 zet gegevens die door de processor 210 gegenereerd worden klaar voor overdracht via een netwerk in overeenstemming met één of meer protocollen voor gegevensoverdracht. De netwerkinterfacekaart 260 decodeert ook gegevens die ontvangen worden via een netwerk in overeenstemming met één of meer protocollen voor gegevensoverdracht. De netwerkinterfacekaart 260 kan een zender, een ontvanger, of beide omvatten. In andere uitvoeringsvormen kunnen de zender en de ontvanger twee afzonderlijke onderdelen zijn. De netwerkinterfacekaart 260 kan uitgevoerd worden als processor voor algemeen gebruik, een digitale signaalprocessor (DSP), een geïntegreerd circuit voor een specifieke toepassing (ASIC - Application Specific Integrated Circuit), een veld-programmeerbare gate-array (FPGA - Field Programmable Gate Array) of een ander programmeerbaar toestel zijn, een verwerkingseenheid met afzonderlijke poorten of transistors, afzonderlijke hardwarecomponenten, of eender welke geschikte combinatie daarvan die ontworpen is om de hier beschreven functies uit te voeren.The processor 210 may further be connected to a network interface card 260. The network interface card 260 prepares data generated by the processor 210 for transfer via a network in accordance with one or more data transfer protocols. The network interface card 260 also decodes data received over a network in accordance with one or more data transfer protocols. The network interface card 260 may include a sender, a receiver, or both. In other embodiments, the transmitter and the receiver can be two separate parts. The network interface card 260 can be implemented as a general-purpose processor, a digital signal processor (DSP), an integrated circuit for a specific application (ASIC - Application Specific Integrated Circuit), a field-programmable gate array (FPGA - Field Programmable Gate Array) or another programmable device, a processing unit with separate ports or transistors, separate hardware components, or any suitable combination thereof designed to perform the functions described herein.

Figuur 3 illustreert een werkwijze 300 voor het produceren van een 3D voorwerp of onderdeel. Zoals weergegeven wordt, in stap 305, een digitale voorstelling van het voorwerp ontworpen gebruikmakend van een computer, zoals de computer 102a. Er kunnen bijvoorbeeld 2D of 3D-gegevens ingevoerd worden in de computer 102a om te helpen bij het ontwerpen van de digitale voorstelling van het 3D voorwerp. In stap 310 wordt informatie van de computer 102a naar een additief productietoestel gestuurd, zoals additief productietoestel 106, en het toestel 106 start het productieproces in overeenstemming met de ontvangen informatie. In stap 315 gaat het additief productietoestel 106 door met de productie van het 3D voorwerp gebruikmakend van geschikte materialen, zoals een polymeer of metaalpoeder. Voorts wordt in stap 320 het 3D voorwerp gegeneerd.Figure 3 illustrates a method 300 for producing a 3D object or component. As shown, in step 305, a digital representation of the object is designed using a computer, such as the computer 102a. For example, 2D or 3D data may be entered into the computer 102a to assist in designing the digital representation of the 3D object. In step 310, information is sent from the computer 102a to an additive production device, such as additive production device 106, and the device 106 starts the production process in accordance with the received information. In step 315, the additive production device 106 continues to produce the 3D object using suitable materials, such as a polymer or metal powder. Furthermore, the 3D object is generated in step 320.

Figuur 4 illustreert een werkwijze waarmee een computer, zoals de computer 102 van figuur 1, ontwerpen kan wijzigen van voorweipen die moeten worden geproduceerd gebruikmakend van additieve productie. De computer 102 kan software uitvoeren die ervoor zorgt dat de processor van de computer de stappen van de werkwijze 400 uitvoert. De werkwijze 400 begint bij blok 405 waarin de computer 102 een ontwerpbestand ontvangt van een voorwerp dat moet worden geproduceerd met additieve productie. Het ontwerpbestand kan een STL-formaat hebben (of een ander geschikt bestandsformaat) zoals gebruikt wordt in het vakgebied van additieve productie. Als het ontwerpbestand geen geschikt bestandsformaat heeft, kan de computer 102 geconfigureerd zijn om het ontwerpbestand om te zetten naar een ander formaat gebruikmakend van standaard software. De computer kan bijvoorbeeld conversiesoftware omvatten die een CAD-bestand omzet naar een STL-bestand.Figure 4 illustrates a method by which a computer, such as computer 102 of Figure 1, can modify designs of pre-whey to be produced using additive production. The computer 102 may execute software that causes the computer processor to execute the steps of the method 400. The method 400 starts at block 405 in which the computer 102 receives a design file of an object to be produced with additive production. The design file may have an STL format (or other suitable file format) as used in the additive manufacturing field. If the design file does not have a suitable file format, the computer 102 may be configured to convert the design file to another format using standard software. For example, the computer may include conversion software that converts a CAD file to an STL file.

Verdergaand, met blok 410, kan de computer 102 geconfigureerd zijn om het ontwerpbestand te onderzoeken (bv. oppervlak per oppervlak of driehoek per driehoek) op oppervlakken die een oppervlakhoek hebben kleiner dan een drempelwaarde. Indien er in blok 410 geen enkel oppervlak een oppervlakhoek heeft kleiner dan de drempelwaarde, kan het procédé stoppen. Indien in blok 410 één of meer oppervlakken een oppervlakhoek hebben kleiner dan de drempelwaarde, kan het procédé verder gaan naar blok 415. Bijvoorbeeld hebben, zoals weergegeven wordt in figuur 5A, oppervlakken op het voorwerp 500, binnen kader 510, een oppervlakhoek kleiner dan een drempelwaarde. De overige oppervlakken van het voorwerp 500 worden bepaald als zijnde zelfdragend.Further, with block 410, the computer 102 may be configured to examine the design file (e.g., area by area or triangle by triangle) on surfaces that have a surface angle less than a threshold value. If in block 410 no area has a surface angle smaller than the threshold value, the process may stop. If in block 410 one or more surfaces have a surface angle smaller than the threshold value, the process may proceed to block 415. For example, as shown in Figure 5A, surfaces on the object 500, within frame 510, have a surface angle smaller than one threshold value. The remaining surfaces of the object 500 are determined to be self-supporting.

Voorts bepaalt de computer 102 in blok 415, voor elk oppervlak dat een oppervlakhoek kleiner dan de drempelwaarde heeft (en dat daarom bepaald wordt als zijnde een niet-zelfdragend oppervlak) een rand tussen het niet-zelfdragende oppervlak en een oppervlak dat bepaald wordt als zijnde zelfdragend, om de oppervlakken met elkaar te verbinden. In sommige uitvoeringsvormen wordt het zelfdragend oppervlak dat gekozen wordt om te verbinden met een bepaald niet-zelfdragend oppervlak, gekozen volgens criteria. In sommige uitvoeringsvormen kunnen de criteria factoren omvatten die het volume minimaliseren dat een rand zou toevoegen tussen het niet-zelfdragend oppervlak en het zelfdragend oppervlak dat gekozen wordt tussen de zelfdragende oppervlakken. Bijvoorbeeld kan het zelfdragend oppervlak gekozen worden dat het dichtst bij het niet-zelfdragend oppervlak ligt op basis van de afstand. Zoals weergegeven wordt in figuur 5B, worden bijvoorbeeld randen 515 getekend tussen niet-zelfdragende oppervlakken en zelfdragende oppervlakken.Further, in block 415, the computer 102 determines for each surface that has a surface angle smaller than the threshold value (and therefore is determined to be a non-self-supporting surface) an edge between the non-self-supporting surface and a surface that is determined to be self-supporting, to connect the surfaces together. In some embodiments, the self-supporting surface selected to connect to a particular non-self-supporting surface is selected according to criteria. In some embodiments, the criteria may include factors that minimize the volume that an edge would add between the non-self-supporting surface and the self-supporting surface selected between the self-supporting surfaces. For example, the self-supporting surface that is closest to the non-self-supporting surface can be selected based on the distance. For example, as shown in Figure 5B, edges 515 are drawn between non-self-supporting surfaces and self-supporting surfaces.

Voorts illustreert figuur 6 hoe het volume dat een rand zou toevoegen kan verschillen in functie van de rand die gekozen wordt om een steun langs te bouwen. Zoals weergegeven stelt lijn 605 het niet-zelfdragend oppervlak van een voorwerp. Elk van de lijnen 610 en 615 stellen potentiële randen voor langs dewelke de steunen kunnen worden gebouwd. Zoals weergegeven ligt rand 610 meer in dezelfde algemene richting als het oppervlak 605 dan de rand 615, of met andere woorden de hoek tussen het oppervlak 605 en de rand 610 is kleiner dan de hoek tussen het oppervlak 605 en de rand 615. Wanneer een steun gebouwd wordt langs een rand, kan deze voorts contact maken met het oppervlak over een vastgelegde of gekozen oppervlakte. Dienovereenkomstig is, indien dezelfde contactoppervlakte van de steun met het oppervlak 605 gebruikt wordt om een steun te bouwen langs elk van de randen 610 en 615, het volume van een steun 612 die gebouwd wordt langs de rand 610 kleiner dan het volume van een steun 617 die gebouwd wordt langs de rand 615, door het hoekverschil, zoals weergegeven. Daarom kan in sommige uitvoeringsvormen het minimaliseren van het volume dat een rand zou toevoegen, gebaseerd zijn op het selecteren van een rand die in dezelfde algemene richting ligt als of een hoek minimaliseert met het oppervlak dat niet-zelfdragend is.Furthermore, Figure 6 illustrates how the volume that an edge would add may differ depending on the edge that is chosen to build a support along. As shown, line 605 sets the non-self-supporting surface of an object. Each of the lines 610 and 615 represent potential edges along which the supports can be built. As shown, edge 610 is more in the same general direction as the surface 605 than the edge 615, or in other words, the angle between the surface 605 and the edge 610 is smaller than the angle between the surface 605 and the edge 615. When a support is built along an edge, it can further contact the surface over a fixed or selected surface. Accordingly, if the same contact surface of the support with the surface 605 is used to build a support along each of the edges 610 and 615, the volume of a support 612 built along the edge 610 is smaller than the volume of a support 617 that is built along edge 615, due to the angular difference, as shown. Therefore, in some embodiments, minimizing the volume that an edge would add may be based on selecting an edge that is in the same general direction as or minimizes an angle with the non-self-supporting surface.

Nu opnieuw verwijzend naar figuur 4 worden de gekozen randen, in optioneel blok 420, bijgesteld. De computer 102 kan bijvoorbeeld voor elke rand bepalen of in een bepaald volume van het voorwerp rondom de rand, een percentage van de randen in één algemene richting loopt, en of dat percentage boven een drempelwaarde ligt. Als het percentage boven een drempelwaarde ligt, en als een welbepaalde rand in een ongeveer tegenovergestelde richting loopt in vergelijking met de randen die in de ene algemene richting lopen, dan kan de welbepaalde rand in dezelfde richting als de andere randen gelegd worden, en dienovereenkomstig verbonden worden met een ander zelfdragend oppervlak. Bijkomend of als alternatief kunnen alle randen die niet binnen het oppervlak passen, verwijderd worden. Bijkomend of als alternatief kan de computer 102 voor elke rand bepalen of er in een bepaald volume van het voorwerp rondom de rand een minimaal aantal bijkomende randen zijn, en als er geen minimaal aantal bijkomende randen is kan de welbepaalde rand verwijderd worden.Referring again to Figure 4, the selected edges, in optional block 420, are adjusted. For example, the computer 102 can determine for each edge whether, in a certain volume of the object around the edge, a percentage of the edges runs in one general direction, and whether that percentage is above a threshold value. If the percentage is above a threshold value, and if a certain edge runs in an approximately opposite direction compared to the edges running in one general direction, then the defined edge can be laid in the same direction as the other edges, and connected accordingly be with a different self-supporting surface. Additionally or alternatively, any edges that do not fit within the surface can be removed. Additionally or alternatively, the computer 102 can determine for each edge whether there is a minimum number of additional edges in a certain volume of the object around the edge, and if there is no minimum number of additional edges, the particular edge can be removed.

Voorts wordt in blok 425 een oppervlak gecreëerd op elk van de randen. Het oppervlak kan bijvoorbeeld gecreëerd worden gebruikmakend van een marching cubes-algoritme. In andere uitvoeringsvormen kunnen andere technieken gebruikt worden om oppervlakken op randen te creëren. Er kunnen bijvoorbeeld analytische cilinders of kegels gecreëerd worden langs de randen en dan naar driehoekmodellen omgezet worden en verenigd worden gebruikmakend van booleaanse bewerkingen. In nog andere uitvoeringsvormen kunnen niet-uniforme rationele B-spline oppervlakken (NURBS) gebruikt worden. Dienovereenkomstig kan het ontwerp van het voorwerp nu zelfdragend zijn en zijn bijkomende steunen niet nodig. Figuur 5C illustreert bijvoorbeeld het voorwerp 500 dat gewijzigd is met bijkomende oppervlakken 520 om zelfdragend te zijn.Further, in block 425, a surface is created on each of the edges. For example, the surface can be created using a marching cubes algorithm. In other embodiments, other techniques can be used to create surfaces on edges. For example, analytical cylinders or cones can be created along the edges and then converted to triangle models and combined using boolean operations. In still other embodiments, non-uniform rational B-spline surfaces (NURBS) can be used. Accordingly, the design of the article can now be self-supporting and additional supports are not required. For example, Figure 5C illustrates the object 500 that has been modified with additional surfaces 520 to be self-supporting.

Nadat het procédé eindigt, kan het ontwerp geproduceerd worden gebruikmakend van additieve productietechnieken zoals degene die hier beschreven worden.After the process ends, the design can be produced using additive production techniques such as the ones described here.

Figuur 7 illustreert een andere werkwijze waarmee een computer, zoals de computer 102 van figuur 1, ontwerpen kan wijzigen van voorwerpen die moeten worden geproduceerd met additieve productie. De werkwijze 700 kan bijkomend aan of als alternatief voor werkwijze 400 gebruikt worden, zoals een vakman zal inzien. Werkwijze 700 kan bijvoorbeeld eerst gebruikt worden om ontwerpen van voorwerpen te wijzigen, en vervolgens werkwijze 400 om bijkomende wijzigingen uit te voeren.Figure 7 illustrates another method by which a computer, such as the computer 102 of Figure 1, can modify designs of objects to be produced with additive production. The method 700 can be used in addition to or as an alternative to method 400, as one skilled in the art will appreciate. For example, method 700 can first be used to change design of objects, and then method 400 to make additional changes.

De werkwijze 700 begint bij blok 705 waarin de computer 102 een ontwerpbestand ontvangt van een voorwerp dat met additieve productie moet worden geproduceerd. Het ontwerpbestand kan een STL-formaat hebben (of een ander geschikt bestandsformaat) zoals gebruikt wordt in het vakgebied van additieve productie. Als het ontwerpbestand geen geschikt bestandsformaat heeft, kan de computer 102 geconfigureerd zijn om het ontwerpbestand om te zetten naar een ander formaat gebruikmakend van standaard software (bv. het omzetten van een CAD-bestand naar een STL-bestand).The method 700 starts at block 705 where the computer 102 receives a design file of an object to be produced with additive production. The design file may have an STL format (or other suitable file format) as used in the additive manufacturing field. If the design file does not have a suitable file format, the computer 102 may be configured to convert the design file to another format using standard software (e.g., converting a CAD file to an STL file).

Verdergaand, met blok 710, kan de computer 102 geconfigureerd zijn om het ontwerpbestand te onderzoeken (bv. gebruikmakend van gekende beeld- of kenmerkherkenningstechnieken) op kenmerken van het voorwerp (bv. ronde gaten, enz., in het algemeen of boven een drempelgrootte/diameter) waarvan gekend / vooraf bepaald is dat ze niet-zelfdragend zijn. Indien er in blok 710 bepaald wordt dat geen enkel kenmerk van het voorwerp gekend is als zijnde niet-zelfdragend, kan het procédé stoppen. Indien in blok 710 één of meer kenmerken gekend zijn als zijnde niet-zelfdragend, kan het procédé verdergaan naar blok 715. Een cirkelvormig gat in het voorwerp (bv. boven een drempelgrootte) kan bijvoorbeeld bepaald worden als zijnde een kenmerk dat niet-zelfdragend is.Further, with block 710, the computer 102 may be configured to examine the design file (e.g., using known image or feature recognition techniques) for features of the object (e.g., round holes, etc., generally or above a threshold size / diameter) that are known / predetermined to be non-self-supporting. If it is determined in block 710 that no feature of the article is known to be non-self-supporting, the process may stop. If in block 710 one or more features are known as being non-self-supporting, the process may proceed to block 715. For example, a circular hole in the object (e.g. above a threshold size) may be determined as being a feature that is non-self-supporting .

In blok 715 worden alle kenmerken waarvan bepaald wordt dat ze niet-zelfdragend zijn, vervangen door een overeenkomstig vooraf gedefinieerd zelfdragend kenmerk. Een cirkelvormig gat, zoals weergegeven wordt in figuur 5A, kan bv. vervangen worden door een druppelvormig gat, zoals weergegeven wordt in figuur 5C. De computer 102 kan een bibliotheek en / of een database met kenmerken omvatten waarvan gekend is dat ze niet-zelfdragend zijn en overeenkomstige kenmerken die zelfdragend zijn om dergelijke niet-zelfdragende kenmerken te vervangen. De bibliotheek kan algemene vorminformatie van dergelijke kenmerken en vervangingen omvatten, en de computer 102 kan in staat zijn om de opgeslagen kenmerken en vervangingsinformatie te verschalen of transformeren om ze aan te passen aan het voorwerp van het ontwerpbestand. Nadat het procédé eindigt kan het ontwerp geproduceerd worden gebruikmakend van additieve productietechnieken zoals degene die hier beschreven worden.In block 715, all features that are determined to be non-self-supporting are replaced by a corresponding predefined self-supporting feature. For example, a circular hole, as shown in Figure 5A, can be replaced with a drop-shaped hole, as shown in Figure 5C. The computer 102 may include a library and / or a database of features that are known to be non-self-supporting and corresponding features that are self-supporting to replace such non-self-supporting features. The library may include general shape information of such features and replacements, and the computer 102 may be able to scale or transform the stored features and replacement information to match the object of the design file. After the process ends, the design can be produced using additive production techniques such as those described here.

Verscheidene uitvoeringsvormen die hier beschreven worden voorzien het gebruiken van een computerstuursysteem. Een vakman zal gemakkelijk inzien dat deze uitvoeringsvormen kunnen worden geïmplementeerd gebruikmakend van talrijke verschillende types computersystemen, omvattende zowel computersysteemomgevingen of -configuraties voor algemeen gebruik en / of voor specifieke toepassingen. Voorbeelden van welbekende computersystemen, -omgevingen en / of -configuraties die geschikt kunnen zijn om te worden gebruikt in verband met de uitvoeringsvormen die hierboven uiteengezet worden, kunnen de volgende omvatten, maar zijn daar niet toe beperkt: persoonlijke computers, servers, draagbare toestellen of laptops, systemen met meerdere processoren, systemen op basis van microprocessoren, programmeerbare consumentenelektronica, netwerk-PC’s, minicomputers, mainframes, gedistribueerde computeromgevingen die eender welke van de hierboven genoemde systemen of toestellen omvatten, en dergelijke. Deze toestellen kunnen opgeslagen instructies bevatten die, wanneer ze uitgevoerd worden door een microprocessor in het computerapparaat, ervoor zorgen dat de computer de gespecificeerde acties uitvoert om de instructies uit te voeren. Zoals hier gebruikt verwijst instructies naar op een computer geïmplementeerde stappen voor het verwerken van informatie in het systeem. Instructies kunnen geïmplementeerd worden in software, firmware of hardware en omvatten eender welk type van geprogrammeerde stap die uitgevoerd wordt door onderdelen van het systeem. Een microprocessor kan eender welke gebruikelijke microprocessor voor algemeen gebruik met één of meerdere chips zijn zoals een Pentium® processor, een Pentium® Pro processor, een 8051 processor, een MIPS® processor, een Power PC® processor, of een Alpha® processor. Bijkomend kan de microprocessor eender welke gebruikelijk microprocessor voor specifieke toepassingen zijn zoals een digitale signaalprocessor of een grafische processor. De microprocessor heeft typisch conventionele adreslijnen, conventionele datalijnen, en één of meer conventionele stuurlijnen.Various embodiments described herein provide for the use of a computer control system. Those skilled in the art will readily appreciate that these embodiments can be implemented using numerous different types of computer systems, including both computer system environments or configurations for general use and / or for specific applications. Examples of well-known computer systems, environments, and / or configurations that may be suitable for use in connection with the embodiments set forth above may include, but are not limited to, personal computers, servers, portable devices, or laptops, multi-processor systems, microprocessor-based systems, programmable consumer electronics, network PCs, mini-computers, mainframes, distributed computing environments comprising any of the aforementioned systems or devices, and the like. These devices may contain stored instructions which, when executed by a microprocessor in the computer device, cause the computer to perform the specified actions to execute the instructions. As used herein, instructions refer to computer-implemented steps for processing information in the system. Instructions can be implemented in software, firmware or hardware and include any type of programmed step performed by system components. A microprocessor can be any conventional general purpose microprocessor with one or more chips such as a Pentium® processor, a Pentium® Pro processor, an 8051 processor, an MIPS® processor, a Power PC® processor, or an Alpha® processor. Additionally, the microprocessor can be any conventional microprocessor for specific applications such as a digital signal processor or a graphics processor. The microprocessor typically has conventional address lines, conventional data lines, and one or more conventional control lines.

Aspecten en uitvoeringsvormen van de uitvindingen die hier beschreven worden kunnen worden geïmplementeerd in de vorm van een werkwijze, apparaat of productievoorwerp gebruikmakend van standaard programmeer- of ontwerptechnieken om software, firmware, hardware of eender welke combinatie daarvan te produceren. De term “productievoorwerp” zoals hier gebruikt verwijst naar code of logica die geïmplementeerd is in hardware of in niet-vergankelijke door een computer leesbare media zoals optische opslageenheden, en vluchtige of niet-vluchtige geheugentoestellen of vergankelijke door een computer leesbare media zoals signalen, draaggolven enz. Dergelijke hardware kan FPGAs (Field Programmable Gate Array), ASICs (Application Specific Integrated Circuit), CPLDs (complex programmable logic devices), PLAs (programmable logic arrays), microprocessors of andere soortgelijke verwerkingstoestellen omvatten, maar is daar niet toe beperkt.Aspects and embodiments of the inventions described herein can be implemented in the form of a method, device, or production item using standard programming or design techniques to produce software, firmware, hardware, or any combination thereof. The term "production item" as used herein refers to code or logic implemented in hardware or in non-perishable computer-readable media such as optical storage units, and volatile or non-volatile memory devices or perishable computer-readable media such as signals, carriers etc. Such hardware may include, but is not limited to, FPGAs (Field Programmable Gate Array), ASICs (Application Specific Integrated Circuits), CPLDs (complex programmable logic devices), PLAs (programmable logic arrays), microprocessors, or other similar processing devices.

VERTALING VAN DE TEKENINGENTRANSLATION OF THE DRAWINGS

Figuur 2 210 Processor 220 Geheugen 230 Invoertoestel 240 Uitvoertoestel 260 NetwerkinterfacekaartFigure 2 210 Processor 220 Memory 230 Input device 240 Output device 260 Network interface card

Figuur 4 405 Ontvang ontwerpbestandFigure 4 405 Receive design file

410 Is de oppervlakhoek van eender welk oppervlak kleiner dan een drempelwaarde? NEE/JA 415 Bepaal randen tussen zelfdragende en niet-zelfdragende oppervlakken 420 Pas randen aan 425 Creëer oppervlakken langs randen410 Is the surface angle of any surface smaller than a threshold value? NO / YES 415 Determine edges between self-supporting and non-self-supporting surfaces 420 Adjust edges 425 Create surfaces along edges

EINDEEND

Figuur 7 705 Ontvang ontwerpbestand 710 Is een kenmerk gekend als zijnde niet-zelfdragend?Figure 7 705 Receive design file 710 Is a feature known as being non-self-supporting?

NEE/JANO YES

715 Vervang niet-zelfdragende kenmerken door vooraf bepaalde zelfdragende kenmerken EINDE715 Replace non-self-supporting characteristics with predefined self-supporting characteristics END

Claims (8)

CONCLUSIESCONCLUSIONS 1. Systeem voor het wijzigen van een ontwerpbestand van een voorwerp voor additieve productie, omvattende: een computerstuursysteem omvattende één of meer computers met een geheugen en een processor, waarbij het computerstuursysteem geconfigureerd is om: te bepalen of één of meer oppervlakken van het voorwerp een oppervlakhoek hebben die kleiner is dan een drempelwaarde; één of meer randen aan te duiden omvattende een eerste rand, waarbij de eerste rand zich bevindt tussen een eerste oppervlak van de één of meer oppervlakken en een tweede oppervlak van de één of meer oppervlakken, waarbij het eerste oppervlak een oppervlakhoek heeft die kleiner is dan de drempelwaarde en het tweede oppervlak een oppervlakhoek heeft die gelijk is aan of groter is dan de drempelwaarde; en één of meer bijkomende oppervlakken te genereren langs de één of meer randen in het ontwerpbestand.A system file modification design for an additive production article, comprising: a computer control system comprising one or more computers with a memory and a processor, the computer control system being configured to: determine whether one or more surfaces of the article are an have a surface angle that is smaller than a threshold value; designate one or more edges comprising a first edge, the first edge being located between a first surface of the one or more surfaces and a second surface of the one or more surfaces, the first surface having a surface angle smaller than the threshold value and the second surface has a surface angle that is equal to or greater than the threshold value; and generate one or more additional surfaces along the one or more edges in the design file. 2. Systeem volgens conclusie 1, waarbij het computerstuursysteem voorts geconfigureerd is om een wanddikte van één of meer delen van het voorwerp in het ontwerpbestand te wijzigen op basis van een minimale drempelwaarde voor de wanddikte.The system of claim 1, wherein the computer control system is further configured to change a wall thickness of one or more parts of the object in the design file based on a minimum threshold for the wall thickness. 3. Systeem volgens conclusie 1, waarbij het aanwijzen van de eerste rand het selecteren van het tweede oppervlak omvat op basis van de positie van het eerste oppervlak en een criterium.The system of claim 1, wherein the pointing of the first edge comprises selecting the second surface based on the position of the first surface and a criterion. 4. Systeem volgens conclusie 3, waarbij het criterium het minimaliseren omvat van een volume van het oppervlak dat langs de eerste rand gecreëerd wordt.The system of claim 3, wherein the criterion comprises minimizing a volume of the surface created along the first edge. 5. Systeem volgens conclusie 1, waarbij de één of meer bijkomende oppervlakken gegenereerd worden gebruikmakend van een marching cubes-algoritme.The system of claim 1, wherein the one or more additional surfaces are generated using a marching cubes algorithm. 6. Systeem volgens conclusie 1, waarbij het computerstuursysteem voorts geconfigureerd is om te bepalen of de eerste rand binnen het voorwerp past, en als de rand niet binnen het voorwerp past, het computerstuursysteem geconfigureerd is om de eerste rand te verwijderen.The system of claim 1, wherein the computer control system is further configured to determine whether the first edge fits within the object, and if the edge does not fit within the object, the computer control system is configured to remove the first edge. 7. Systeem volgens conclusie 1, waarbij het computerstuursysteem voorts geconfigureerd is om te bepalen of de eerste rand zich binnen een drempelafstand tot een andere rand bevindt, en als de eerste rand zich niet binnen de drempelafstand tot een andere rand bevindt, het computerstuursysteem geconfigureerd is om de rand te verwijderen.The system of claim 1, wherein the computer control system is further configured to determine whether the first edge is within a threshold distance to another edge, and if the first edge is not within the threshold distance to another edge, the computer control system is configured to remove the border. 8. Systeem volgens conclusie 1, waarbij het computerstuursysteem voorts geconfigureerd is om te bepalen of de eerste rand zich in een tegenovergestelde richting uitstrekt in vergelijking met een veelheid van in de buurt liggende randen, en als de eerste rand zich in de tegenovergestelde richting uitstrekt in vergelijking met de veelheid van in de buurt liggende randen, het computerstuursysteem geconfigureerd is om de rand te wijzigen zodat hij zich in dezelfde richting uitstrekt als de veelheid van in de buurt liggende randen.The system of claim 1, wherein the computer control system is further configured to determine whether the first edge extends in an opposite direction compared to a plurality of adjacent edges, and if the first edge extends in the opposite direction compared to the plurality of neighboring edges, the computer control system is configured to change the edge so that it extends in the same direction as the plurality of neighboring edges.