CN105939837B - 对用于增材制造***的切片数据进行处理 - Google Patents

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Abstract

提供一种用于处理切片数据的***，所述切片数据表示通过增材制造***生成的三维对象的切片。所述***包括处理器，在所述增材制造***用于生成所述切片时，所述处理器用于基于所述增材制造***的特性数据对所述切片数据实施变换，所述切片数据从三维对象设计数据取得。

Description

对用于增材制造***的切片数据进行处理
相关申请
本申请要求于2014年4月30日申请的、申请号为PCT/EP2014/058822的、名称为“处理对象数据”的PCT申请的优先权，其全部内容由此通过引用合并于此，并且该申请本身要求于2014年1月16日申请的、申请号为PCT/EP2014/050841的、名称为“生成三维对象”的PCT申请的优先权，其全部内容由此通过引用合并于此。
背景技术
基于逐层基础生成三维对象的增材制造***(additive manufacturing system)已经被提议为产生三维对象的方便方式。
要被生成的对象能够以数字表示，例如以适当的计算机辅助设计(CAD)的格式。要被生成的对象的数字表示在被提供给增材制造***以生成对象之前可以被处理。
附图说明
结合下面的附图对一些示例进行描述：
图1图示根据一些示例的用于处理表示通过增材制造***生成的三维对象的切片的切片数据的***的框图。
图2a是根据一些示例的增材制造***的简化等距视图；
图2b-图2c是根据一些示例的安装在可移动支架上的试剂分配器和成像设备的简化示意俯视图；
图3图示根据一些示例的数据处理管道的框图；
图4图示根据一些示例的用于变换原始切片数据的几何变换模块的框图；
图5图示根据一些示例的用于变换原始切片数据的牺牲结构生成模块的框图；
图6图示根据一些示例的用于变换原始切片数据的虚拟对象生成模块的框图；
图7图示根据一些示例的用于变换原始切片数据的切片组合模块的框图；
图8图示根据一些示例的用于变换原始切片数据的切片分割模块的框图；
图9图示根据一些示例的用于变换原始切片数据的密度修改模块的框图；
图10是图示根据一些示例的生成三维对象的方法的流程图；以及
图11a-图11d示出根据一些示例的构建材料层的一系列的横截面侧视图。
具体实施方式
下述术语当被说明书或权利要求书叙述时被理解为表述下述内容。单数形式“一”、“一个”以及“该”表示“一个或者多个”。术语“包含”以及“具有”旨在具有与术语“包括”相同的包含意思。
一些增材制造***通过固化构建材料(诸如粉末或液体构建材料)连续层的多个部分而生成三维对象。生成的对象的属性可以取决于构建材料的类型以及使用的固化机构的类型。在一些示例中，使用液体粘结剂来化学地固化构建材料可以实现固化。在其它示例中，通过将能量临时应用到构建材料可以实现固化。例如，这可能涉及使用聚结剂(coalescing agent)，其是当合适量的能量被应用到构建材料和聚结剂的组合时，可以使构建材料聚结和固化的材料。在一些示例中，可以使用多个试剂增材制造***，诸如在PCT/EP2014/050841的PCT申请中所描述的。例如，除了选择性地将聚结剂输送到构建材料层，聚结改性剂也可以选择性地输送到构建材料层。聚结改性剂用于改性在其上已经输送或已经渗入聚结改性剂的构建材料的一部分的聚结程度。在又一些其它示例中，可以使用其它固化方法，例如除了别的之外，熔融沉积成型(FDM)、选择性激光烧结(SLS)、光固化。本文描述的示例可以与上述增材制造***和其合适的适应性改变中的任何一个一起使用。
在一些示例中，增材制造***可能无意地将变形引入到生成的对象中，使得该对象不能如实地复制用于生成该对象的三维对象模型。这种变形例如可以包括几何变形和表面变形，该几何变形可以使例如各种对象变形，诸如边缘变形，仅仅是举几个例子。另外，不会实现期望的对象属性，包括但不限于表面粗糙度、精确度以及强度。
因此，本公开内容在生成对象的同时基于***反馈提供对切片数据的修改，以实现期望的对象属性。要被生成的三维对象的每个切片可以根据其相应切片数据被限定。
最初，可以生成对象的数字表示。示例数字表示是表示要被生成的对象的三维模型的对象设计数据。用于对象的每个切片的切片数据可以基于对象设计数据而生成。在一些示例中，切片数据最初可以是矢量格式，并且随后按照顺序被处理成连续色调(contone)格式，然后处理成半色调数据，并且处理成掩模数据，该掩模数据可以限定任何试剂被选择性地输送到构建材料层的哪些部分。在其它示例中，可以生成任何其它合适的切片数据格式，其可以在之前所述的任何固化方法中使用。
在这些阶段中的一个或者多个阶段处，诸如在切片数据是矢量数据、连续色调数据、半色调数据和/或掩模数据时，取决于构建过程的特性，可以处理切片数据，例如修改。这些特性可以包括在生成对象的同时获得的测量的反馈。测量的反馈的示例包括测量的构建材料的温度、捕获的构建材料的图像、测量的构建材料层的厚度、以及其它类型的反馈。所述特性也可以包括对象将在其上生成的增材制造***的已知和/或存储的特性、构建材料的特性、构建过程(诸如使用的固化过程)的特性或者其它特性。
为了补偿变形或者为了实现期望的对象属性，在生成对象时，可以在切片数据上实施不同类型的变换或处理。增材制造***可以基于变换的切片数据来生成对象的每一层，以产生精确匹配在原始对象设计数据中描述的对象的对象。
图1图示根据一些示例的用于处理表示通过增材制造***生成的三维对象的切片数据的***100的框图。***100包括处理器102，在增材制造***生成切片时，处理器102用于基于增材制造***的特性数据对切片数据实施变换，所述切片数据源自三维对象设计数据。处理器120用于使增材制造***基于变换的切片数据而生成切片。
图2a是根据一些示例的增材制造***200的简化等距视图。如下面进一步参考图10的流程图描述的，可操作***200以生成三维对象。
在一些示例中，构建材料可以是基于粉末的构建材料。如本文所使用的，术语基于粉末的材料旨在涵盖干的基于粉末的材料和湿的基于粉末材料两者、颗粒材料以及粒状材料。在一些示例中，构建材料可以包括空气和固态聚合物颗粒的混合物，例如以约40％的空气和约60％的固态聚合物颗粒的比例。一种合适的材料可以是尼龙12，例如，其从西格玛奥德里奇有限责任公司(Sigma-Aldrich Co.LLC)可获得。另一种合适的尼龙12材料可以是PA2200，其从光电***股份有限公司(Electro Optical Systems EOS GmbH)可获得。其它合适构建材料的示例可以包括，例如粉末金属材料、粉末复合材料、粉末陶瓷材料、粉末玻璃材料、粉末树脂材料、粉末聚合物材料等，以及其组合物。然而，应理解，本文描述的示例不限于基于粉末的材料或者上述列出的任何材料。在其它示例中，构建材料可以是糊、液体或胶的形式。根据一个示例，合适的构建材料可以是粉末半晶体热塑性材料。
增材制造***200可以包括***控制器210。可以在增材制造***200和/或控制器210中实现和控制本文公开的任何操作和方法。
控制器210可以包括用于执行可以实现本文描述的方法的指令的处理器212。处理器212例如可以是微处理器、微控制器、可编程门阵列、专用集成电路(ASIC)、图形处理单元(GPU)、计算机处理器等。处理器212例如可以包括位于芯片上的多核、跨越多芯片的多核、跨越多设备的多核或者其组合。在一些示例中，处理器212可以包括至少一个集成电路(IC)、其它控制逻辑、其它电子电路或者其组合。
控制器210可以支持直接的用户交互。例如，增材制造***200可以包括联接到处理器212的用户输入设备220，诸如键盘、触摸板、按钮、小型键盘、拨号盘、鼠标、轨迹球、读卡器或者其它输入设备中的一个或者多个。此外，增材制造***200可以包括联接到处理器212的输出设备222，诸如液晶显示器(LCD)、打印机、视频监视器、触摸屏显示器、发光二极管(LED)或者其它输出设备中的一个或者多个。输出设备222响应于用于显示文本信息或者图形数据的指令。
处理器212可以经由通信总线214与计算机可读存储介质216通信。计算机可读存储介质216可以包括单介质或多介质。例如，计算机可读存储介质216可以包括控制器210中的ASIC存储器和单独存储器中的一个或者两个。计算机可读存储介质216可以是任何电子的、磁性的、光学的或者其它物理存储设备。例如，计算机可读存储介质216可以是随机存取存储器(RAM)、静态存储器、只读存储器、电可擦可编程只读存储器(EEPROM)、硬盘驱动器、光驱、存储驱动器、CD、DVD等。在一些示例中，计算机可读存储介质216可以是云中的存储器。计算机可读存储介质216可以是非瞬态的。计算机可读存储介质216可以存储、解码或者携载计算机可执行指令218，指令218在由处理器212执行时，可以使处理器212根据各种示例实施本文公开的方法或操作中的任何一种或多种。在一些示例中，指令218可以包括本文描述的切片数据和/或变换模块中的任何一个。
***200可以包括聚结剂分配器202，以选择性地将聚结剂输送到提供在支撑构件204上的构建材料的连续层。根据一个非限制性示例，合适的聚结剂可以是包括碳黑的油墨型配方，例如，从惠普公司可获得的商业上已知为CM997A的油墨配方。在一个示例中，这种油墨可以另外地包括红外光吸收器。在一个示例中，这种油墨可以另外地包括近红外光吸收器。在一个示例中，这种油墨可以另外地包括可见光吸收器。在一个示例中，这种油墨可以另外地包括UV光吸收器。包括可见光吸收器的油墨示例是基于彩色油墨的染料和基于彩色油墨的颜料，诸如从惠普公司可获得的商业上已知为CM993A和CE042A的油墨。
控制器210根据指令218的掩模数据，控制到所提供的构建材料层的聚结剂的选择性输送。
试剂分配器202可以是打印头，诸如热喷墨打印头或者压电喷墨打印头。打印头可以具有喷嘴阵列。在一个示例中，可以使用诸如在商业上可获得的喷码打印机中通常使用的那些打印头。在其它示例中，试剂可以通过喷雾嘴而不是通过打印头来输送。也可以使用其它输送机构。在以诸如液体的合适流体形式时，试剂分配器202可用于选择性地输送(例如沉积)聚结剂。
聚结剂分配器202可以包括聚结剂供应体或者可连接到单独的聚结剂供应体。
***200可以包括成像设备230，例如数码相机。成像设备230可以是到可移动支架的扫描棒的形式，其示例将在图2b和图2c中描述。成像设备230可以通过在构建材料的整个区域上扫掠(sweep)或扫描而捕获构建材料的图像。在一些示例中，图像可以在可见光范围内被捕获。例如，图像能够以合适的位图格式存储，例如具有每英寸600点的分辨率。在一些示例中，分辨率可以大于用于沉积试剂的连续色调切片数据、半色调切片数据、和/或掩模切片数据的分辨率。成像设备230可以输出图像到控制器210。
图2b是根据一些示例的安装在可移动支架203a上的试剂分配器202a-202b和成像设备230a的简化示意俯视图，并且图2c是根据一些示例的安装在可移动支架203b上的试剂分配器202c-202d和成像设备230b的简化示意俯视图。可以在***200中使用这些配置中的每一个配置。试剂分配器202a-202d可每一个具有与前述的试剂分配器202相似的特征。此外，成像设备230a-230b可每一个具有与前述的成像设备230相似的特征。
在图2b中，试剂分配器202a-202b中的每一个具有的长度使其能够跨越在称为页宽阵列配置中的支撑构件204的整个宽度。在一些示例中，每个试剂分配器202a-202b可以是具有喷嘴阵列的单个打印头，喷嘴阵列具有使其能够沿着所图示的x轴线跨越支撑构件204的宽度的长度，如在图2b中所示出的。在其它示例中，多个打印头的合适布置可以设置成直线以实现页宽阵列配置。因此，使用支架203a，试剂分配器202a-202b和成像***230a沿着所图示的y轴线跨越支撑构件204的长度能够双向可移动。这使聚结剂的选择性输送能够在单程(single pass)中跨支撑构件204的整个宽度和长度。
在图2c中，试剂分配器202c-202d中的每一个可以具有使其不能够跨越支撑构件204的整个宽度的较短长度。在此示例中，试剂分配器202c-202d中的每一个能够沿着所图示的x轴线沿着支撑构件204的整个宽度横向可移动。因此，使用支架203b，试剂分配器202c-202d和成像***230b能够沿着所图示的y轴线跨越支撑构件204的长度双向可移动。这使聚结剂的选择性输送能够在多程(multiple passes)中跨越支撑构件204的整个宽度和长度。
在其它示例中，试剂分配器可以被固定，并且支撑构件204可以相对于试剂分配器移动。
应注意，本文使用的术语“宽度”用于通常表示在平行于在图2a-图2c中所图示的x轴线和y轴线的平面中的最短尺寸，同时本文使用的术语“长度”用于通常表示在该平面中的最长尺寸。然而，将理解，在其它示例中术语“宽度”能够与术语“长度”可互换。
***200可进一步包括构建材料分配器224，以在支撑构件204上提供(例如，输送和/或沉积)构建材料的连续层。合适的构建材料分配器224例如可以包括刮水片和辊子。构建材料可以从料斗或构建材料库提供给构建材料分配器224。在所示出的示例中，构建材料分配器224跨越支撑构件204的长度(y-轴线)移动以沉积构建材料层。如之前所述，构建材料层将沉积在支撑构件204上，然而构建材料的随后层将沉积在之前沉积的构建材料层上。构建材料分配器224可以是***200的固定部分，或者可以不是***200的固定部分，例如相反是可移动模块的部分。在一些示例中，构建材料分配器224可以安装在支架203a或203b上。
在一些示例中，每层的厚度可以具有从以下中选择的值：约50微米至约300微米之间的范围、或者约90微米至约110微米之间的范围或者约250微米，尽管在其它示例中也可提供更薄或更厚的构建材料层。例如，基于所述指令218，厚度可以通过控制器210进行控制。
在一些示例中，相对于图2a-图2c中所示出的分配器，存在任何数量的附加试剂分配器和构建材料分配器。在一些示例中，如在图2b-图2c中所示出的，***200的分配器可以位于相同的支架上，或者彼此相邻或者分开短距离。在其它示例中，两个或多个支架中的每个支架可以包含一个或者多个分配器。例如，每个分配器可以位于其自身的单独支架中。任何附加的分配器具有与之前参考聚结剂分配器202讨论的那些特征类似的特征。然而，在一些示例中，例如不同的试剂分配器可以输送不同的聚结剂和/或聚结改性剂。
在所示出的示例中，支撑件204在z轴上可移动使得当沉积新的构建材料层时，在最新沉积的构建材料层的表面和试剂分配器202的下表面之间保持预定的间距。然而在其它示例中，支撑件204可以不在z轴上移动并且试剂分配器202可以在z轴上可移动。
此外，***200可包括能量源226以将能量应用到构建材料，从而根据聚结剂已经输送到或渗透到哪里而使构建材料的部分固化。在一些示例中，能量源226是红外(IR)线辐射源、近红外线辐射源、卤素辐射源或者发光二极管。在一些示例中，能量源226可以是单个能量源，其能够将能量均匀地应用到沉积在支撑件204上的构建材料。在一些示例中，能量源226可以包括能量源阵列。
在一些示例中，能量源226被配置成以大体均匀的方式将能量应用到构建材料层的整个表面。在这些示例中，能量源226可以说是未聚焦能量源。在这些示例中，整个层可以同时具有应用到其的能量，这有助于增加生成三维对象的速度。
在其它示例中，能量源226被配置成以大体均匀的方式将能量应用到构建材料层的整个表面的一部分。例如，能量源226可以被配置成将能量应用到构建材料层的整个表面的一片。在这些示例中，可以跨越构建材料层移动或扫描能量源，使得最终跨越构建材料层的整个表面应用大体相同量的能量。
在一些示例中，能量源226可以安装在可移动的支架203a或者203b上。
在其它示例中，能量源226可以在其跨越构建材料层移动时，应用变化量的能量，例如依据指令208。例如，控制器210可以控制能量源仅将能量应用到构建材料的已经应用聚结剂的部分上。
在进一步的示例中，能量源226可以是聚焦能量源，例如激光束。在此示例中，激光束可以被控制成跨越构建材料层的整个或一部分来扫描。在这些示例中，激光束可以被控制成依据试剂输送控制数据而跨越构建材料层扫描。例如，激光束可以被控制成将能量应用到层的聚结剂已经输送到其上的那些部分。
可以选择供应的能量、构建材料以及聚结剂的组合，使得(排除任何聚结渗出的效果)：i)构建材料的没有聚结剂输送到其上的部分在临时将能量应用到该部分时不会聚结；ii)构建材料的仅有聚结剂输送到其上或渗透到其上的部分在将能量临时应用到该部分时将聚结。
在一些示例中，***200可以附加地包括预热器以将沉积在支撑构件204上的构建材料保持在预定温度范围内。使用预热器将有助于降低必须由能量源226应用以使聚结剂已经输送到其上或渗透到其上的构建材料聚结和随后固化的能量的量。
***200可附加地包括温度传感器228，例如点式非接触温度传感器，诸如一个或者多个热电堆或诸如热像相机。在其它示例中，传感器229可以包括固定位置高温计阵列，每个高温计捕获来自构建材料的单个区域的辐射。在其它示例中，传感器229可以是单个高温计，该高温计可操作成在构建材料的整个区域上方扫掠或扫描。也可以使用其它类型的传感器。
在跨越由支撑构件204上的构建材料所横跨的区域上，温度传感器228可用于捕获通过构建材料的每个点所发出的辐射分布，例如在IR范围内。温度传感器228可以将辐射分布输出到控制器210，其基于针对用作构建材料的材料的温度和辐射强度之间的已知关系(例如黑体分布)，可以确定跨越构建材料的温度分布。例如，辐射分布的辐射频率在红外线(IR)范围内可以具有在特定数值处的最高强度。这可以用于确定包括跨越构建材料的多个温度的温度分布。
传感器228通常中心取向并且通常直接朝向构建材料，使得照相机的光轴以支撑构件204的中心线为目标，以允许来自构建材料的辐射的通常的对称捕获。这会最小化构建材料表面的透视变形，因此最小化校正需求，并且降低所测量温度数值对真实温度数值的误差。此外，传感器228能够：(1)例如通过使用合适的放大倍率，捕获覆盖构建材料整个层的宽区域上方的图像；(2)捕获随后被平均的一系列的整个层的图像；或者(3)捕获一系列的图像，其中每个图像遮盖层的一部分，这些图像一起覆盖整个层。在一些示例中，传感器228可以相对于支撑构件204位于固定位置，但是在其他示例中，如果其他部件在移动时破坏了照相机228和支撑构建204之间的视线，则传感器228是可移动的。
***200另外可包括层厚度传感器232。层厚度传感器232可以检测沉积在支撑构件204上的当前层(最新层)的厚度。在输送当前层之前，支撑构件204的上表面(或者如果任何层在支撑构件240上，那么是之前沉积的层的上表面)可以已经沿着z轴定位在已知点处。因此，在当前层已经被沉积之后，当前层的高度可以由传感器232测量，并且通过确定在所测量高度和支撑构件204沿着z轴定位在该处的点之间的差，可以确定当前层的厚度。
图3图示根据一些示例的数据处理管道300的框图。在管道300中的任何处理可以由控制器210和/或增材制造***200之外的另外的控制器实施。
控制器210可通过增材制造***获得表示要被生成的三维对象312的模型的对象设计数据302。控制器210可以对所获得的对象设计数据302实施一系列处理步骤以生成一系列不同类型的切片数据，包括矢量切片数据304、连续色调切片数据306、半色调切片数据308以及掩模切片数据310。增材制造***200可以获得掩模切片数据310并且处理数据310以控制***200来生成三维对象312。在一些示例中，增材制造***302可以对掩模切片数据310实施进一步处理以生成数据来控制增材制造***200，从而生成三维对象312。在其它示例中，不同类型的切片数据可以生成为管道300的一部分。此外，应注意，图3中所示出的特定图像纯粹是阐释性的。
对象设计数据302例如可以通过合适的三维对象处理***取得。在一些示例中，三维对象处理***可以包括在增材制造***200内。例如，指令218另外可以包括下述指令，在由处理器212执行时，使处理器212操作为本文所述的三维对象处理***。在其它示例中，三维对象处理***在增材制造***200之外。例如，三维对象处理***可以是在与***200分离的计算设备上执行的软件应用程序或者软件应用程序的一部分。
除了表示三维对象312的模型，对象设计数据302也可以表示对象属性数据，对象属性数据表示对象的属性，诸如密度、表面粗糙度、强度等。此外，本文所述的以及在上面提到的申请号为PCT/EP2014/050841的PCT申请中所述的增材制造***200可允许创建三维对象，在生成的单个对象内，三维对象可以具有可控制地可变的、或者不同的对象属性，例如：可变的准确度属性、可变的表面粗糙度属性、可变的强度属性、可变的对象孔隙度属性、可变的层间强度属性、可变的对象弹性属性、可变的密度属性以及其它可变的机械或物理属性。例如，创建的对象可以包括具有第一表面粗糙度等级的一部分以及具有第二表面粗糙度等级的第二部分。通过在构建材料层上沉积适当图案的聚结剂和聚结改性剂可以在生成的对象内生成各种可变的对象属性。
对象属性数据例如可以在对象模型数据302内限定或者例如可以使用外部对象属性数据限定。对象属性数据例如可以限定对象的一部分或者整个对象可以旨在具有某对象属性，诸如某表面粗糙度。对象属性数据也可以限定针对对象多个部分的多个对象属性。
例如通过调节试剂(例如聚结剂和聚结改性剂)由用于生成对象的增材制造***输送到构建材料层的方式，能够生成具有可控的可变属性的三维对象。
对象设计数据302经由输入设备220例如可以从用户接收，作为来自用户、来自软件驱动器、来自诸如计算机辅助设计(CAD)应用程序的软件应用程序的输入，或者可以从存储默认的或用户定义的对象设计数据的存储器获得。
使用处理器212或者使用单独的合适三维对象处理***基于对象设计数据302可以生成矢量切片数据304。生成的矢量切片数据304可以以合适的矢量图形格式表示多个对象设计数据302的切片，该合适的矢量图形格式例如可以使用几何元素，诸如点、线、曲线、多边形等，几何元素中的一些或者全部可以基于数学表达式。用于每个切片的矢量切片数据304可以仅以二维表示。
图3示出多个图像304a-304n，每个图像表示具有预定厚度的对象模型切片，并且限定为三维对象312一部分的构建材料层的一部分或多个部分。
在一个示例中，取决于增材制造***200的性质，每个切片的厚度可以在约50微米至约200微米的范围内。在一些示例中，每个生成的切片可以表示其它厚度。在另一示例中，每个生成的切片的厚度可以小于通过增材制造***200处理的每层的厚度。在一个示例中，每个生成的切片的厚度可以在约10微米至约50微米的范围内。如果切片比通过增材制造***200处理的每个构建材料层的厚度薄，那么增材制造***200可以组合多个切片。例如，通过使相邻切片之间的数据能够进行插值，切片的这种“过采样”使得增材制造***200改进了生成的对象的质量。例如，如果对象模型302的特征与构建材料的两层之间的边界符合，这将是有益的。
连续色调切片数据306可以使用处理器212或者使用单独的合适三维对象处理***基于矢量切片数据来生成。生成的连续色调切片数据306可以表示用于多个切片的图像306a-306n，每个图像从矢量切片数据304的相应图像304a-304n变换成合适的位图中或者表示多个通道的栅格化格式的连续的色调或者“连续色调”图像，或者表示分色，每个分色具有合适的位深度，例如8比特。每个图像306a-306n可以仅以二维表示。例如，针对每个切片的连续色调图像的生成可以涉及基于针对每个切片限定的几何图像，将每个切片的矢量切片数据304变换成固定和非固定区域。
在一个示例中，每个生成的连续色调图像针对连续色调图像的每个像素可以限定在构建材料层上的相应位置处的密度或其它属性。例如，在具有8比特位深度的连续色调图像中，连续色调图像的每个像素可以表示256个等级(0至255)中的一个等级。这使得要被生成的对象312能够具有整个对象312的可变对象属性。
半色调切片数据308可以使用处理器212或者使用单独的合适三维对象处理***基于连续色调切片数据306来生成。生成的半色调切片数据308可以表示用于多个切片的图像308a-308n，每个图像从连续色调切片数据306的相应图像306a-306n变换成表示位置或图案的图像，在该位置或图案中，试剂滴沉积在构建材料层上。在一些示例中，在使用两种试剂(诸如聚结剂和聚结改性剂)的增材制造***中，每个图像可以限定构建材料层的聚结剂输送到其上的一部分或多个部分，并且可以限定构建材料层的聚结改性剂输送到其上的一部分或多个部分。在使用多于两个试剂的增材制造***中，每个图像可以限定构建材料层的每个试剂输送到其上的一部分或多个部分。在一些示例中，半色调切片数据308也可以表示要被沉积在构建材料层上的聚结剂和聚结改性剂的图案、比率、密度等。
掩模切片数据310可以使用处理器212或者使用单独的合适三维对象处理***基于半色调切片数据308来生成。生成的掩模切片数据310可以表示用于多个切片的图像310a-310n，每个图像从半色调切片数据308的相应图像308a-308n变换成表示何时试剂滴沉积在构建材料层上的位置或图案中的定时。例如，这取决于用于沉积试剂滴的机构是否使用例如页宽阵列的打印头喷嘴或者扫描打印头。控制器210根据包括掩模切片数据310的指令218可以控制试剂的选择性输送。
在切片数据的上述任何示例中，包括矢量切片数据304、连续色调切片数据306、半色调切片数据308以及掩模切片数据310，每个切片可以由单个图像表示。例如，每个图像可以包括多个分色或通道，利用每个通道限定不同试剂通过增材制造***被沉积在其上的构建材料层的一部分或多个部分。在另一个示例中，每个切片可以由多个图像表示，利用切片的每个图像限定不同试剂通过增材制造***沉积在其上的构建材料的一部分或多个部分。
切片数据304、306、308和310中的每一个也可以包括对象设计数据的属性数据的表示。例如，要被输送的如在掩模切片数据310中限定的试剂图案会导致在所生成的对象312中的合适的可变对象属性。
处理器212或者其他合适三维对象处理***可以包括变换模块314。变换模块314可以包括几何变换模块316、牺牲结构生成模块(SSG)318、虚拟对象(VOG)生成模块320、切片组合模块322以及切片分割模块323。这些模块316、318、320、322、323和325中的每一个模块可以对切片数据实施相应的变换。在一些示例中，每个变换模块可以使用软件、硬件或者软件和硬件的组合来实施。
处理器212或者其他合适的处理***可用于对切片数据304、306、308或者310中的一个切片数据实施各变换中的一个变换。例如，控制器210可用于实施下述各变换中的每一个变换：(1)在基于矢量切片数据304生成连续色调切片数据306之前，对矢量切片数据304实施变换，(2)在基于连续色调切片数据306生成半色调切片数据308之前，对连续色调切片数据306实施变换，(3)在基于半色调切片数据308生成掩模切片数据310之前，对半色调切片数据308实施变换，或者(4)在基于矢量切片数据304生成连续色调切片数据306之前，对掩模切片数据310实施变换。在其他示例中，可以对切片数据304、306、308或者310中的一个切片数据实施各变换中的一些变换，同时可以对切片数据304、306、308和310中的另一切片数据实施其它变换。例如，不同的模块可以应用到不同的切片数据304、306、308或者310。在又一示例中，模块316、318、320、322、323中的一些或者全部可以变换切片数据304、306、308或者310中的不止一个。
在一些示例中，可以在生成对象312之前实施对切片数据的处理步骤，使得掩模切片数据310中的每个切片在生成对象312之前生成。在其它示例中，可以在生成对象312的同时，实施一些处理步骤。例如，矢量切片数据304中的每个切片可以在生成对象312之前生成。然后，在构建过程针对每个切片已经开始时，管道可以实施针对当前切片的处理阶段的剩余部分，使得掩模切片数据310中的当前切片生成，以便在沉积试剂以生成对象312的当前切片时使用。
在一些示例中，特性数据324可由控制器210接收，并且可实施变换，同时基于构建过程的特性数据324生成对象312，诸如(1)基于在构建过程期间进行测量的所测量反馈，和/或(2)所存储的***200的特性，例如其可以从***200获得或者从远程网络位置(诸如制造商的网址)获得，或者以任何其它合适方式获得。在其它示例中，在生成对象312之前可以进行变换中的一些。
特性数据324的示例包括但不限于所测量的反馈，诸如表示来自前述温度传感器228的构建材料的温度的数据326、表示由前述成像设备230获得的图像的数据328、表示由前述层厚度传感器232获得的构建材料层的厚度的层厚度数据330、表示所测量的环境条件的数据或者其他所测量的反馈。特性数据324的示例也包括表示增材制造***的所存储或已知特性的数据332，例如要被使用的试剂(诸如聚结剂和聚结改性剂)的属性、包括物理特性(诸如构建材料的湿度等级、构建材料的类型、构建材料的平均颗粒尺寸和构建材料的纯度)的构建材料的属性、能量源226的属性、加热器230的属性、温度传感器228的属性、***200的期望环境条件以及增材制造***200的其它方面。
在一个示例中，特性数据106可以限定要被由增材制造***使用的构建材料的特性。例如，特性数据106可以包括与构建材料的物理特性、构建材料的年龄、构建材料的湿度等级、构建材料的类型、构建材料(或者粉末构建材料)的平均颗粒尺寸、构建材料的纯度等相关的数据。在一些示例中，所存储的特性数据能够以查找表的格式存储。
图4图示根据一些示例的用于变换原始切片数据400的几何变换模块316的框图。原始切片数据400可以是切片数据304、306、308或者310中的任何一个的非变换切片。当在构建过程期间生成给定的切片时，可以获得测量的或存储的特征数据324。然后，几何变换模块316可以对切片数据400实施几何变换，例如，补偿如在切片数据400中限定的切片和通过增材制造***生成的来自切片数据400的对象312的对应切片之间的差。
例如，一些增材制造***在生成三维对象期间可无意地引入几何变形，例如尺寸变形、边缘变形、表面变形等。这会导致生成的三维对象不能如实地复制用于生成对象的三维对象模型。与任何这种变形有关的细节可以包括在上述的特性数据324中或者可以从上述特性数据324获取。
例如，通过实验，可以确定增材制造***200在特定轴线或轴上无意地生成比给定百分比小的三维对象。这会发生，例如由于在三维对象生成期间构建材料收缩。这种数据可以反映在特性数据324中。因此，在处理器212处理切片数据400时，几何变换模块316可以获得特性数据324并且可以将合适的几何比例因子应用到切片数据400。以这种方式，通过增材制造***200生成的对象312的对应切片可以更好地符合切片数据400。
在另一示例中，由于例如构建材料的加热以及构建材料的冷却的因素，变形可以无意地引入到通过增材制造***200生成的三维对象中。如果这种变形能够被量化，例如通过测量的反馈或之前存储的数据，则这种变形可以包括在特性数据324中并且由几何变换模块316使用以执行合适的几何变换来补偿任何变形。
在一些示例中，特性数据324可以与环境或其它条件关联。例如，可以确定，在环境温度是20摄氏度时，第一比例因子被应用到给定轴线或轴上，而在环境温度是30摄氏度时，可以应用第二比例因子。
换句话说，特性数据324可以包括任何合适的数据，该数据可以与直接地或间接地使由增材制造***生成的对象的无意几何变换相关。
在一些示例中，变换可以包括将全局比例因子应用到在切片数据400中描述的切片。在其他示例中，变换可以包括基于与对象模型或切片数据400相关的因素的复杂变换，该因素诸如在对象模型或切片数据400内的模型几何、模型表面的拓扑结构、模型结构以及结构特征的接近度。
在一些示例中，如果切片数据400包括基层特征，诸如向下或向上面向表面，那么可以实施合适的几何变换从而实现表面的期望准确度。
可以应用上述几何变换中的任何变换。在图4所示出的示例中，几何变换模块316通过应用全局比例因子而变换切片数据400的切片，以按比例放大通过切片数据400限定的切片，导致所变换的切片数据402中的按比例放大的切片401。也可以实施其它合适的变换。一旦执行了变换，所变换的切片数据402然后可以在管道300的下一个阶段中使用。例如，如果所变换的切片数据402是用于要被生成的对象312的当前切片的矢量切片数据，那么可以实施将矢量切片数据变换成掩模切片数据的随后处理，在这之后，掩模切片数据可以用于将试剂沉积在构建材料的当前层上。
图5图示根据一些示例的用于变换原始切片数据400的SSG模块318的框图。当在构建过程期间生成给定的切片时，可以获得测量的或存储的特性数据324。然后，SSG模块318可以生成被添加到切片数据400的新特征。新特征可以是不包括在原始切片数据400中的特征。新特征可以是结构特征，其可以在由增材制造***200生成时与对象312一起生成，但是该结构特征在生成的对象312被认为是最终对象之前可以被去除。例如，在手动或自动后处理操作期间，可以去除牺牲结构中的至少一些。
通过SSG模块318被添加到切片数据400的牺牲结构的类型可以至少部分地取决于特性数据324。特征数据324例如可以限定条件或环境，该条件或环境可以基于测量的反馈或已知的数据，其中牺牲结构可以添加到切片数据400。SSG模块318然后可以将合适的特征添加到切片数据400。此外，在一些示例中，用于连续切片的切片数据400可以被合适地变换以确保生成合适的三维牺牲结构。
例如，特性数据324可以限定在其下将是有益的下述条件：(1)将锚定特征添加到切片数据400，以有助于确保在生成对象312期间这些特征被适当地支撑或锚定在增材制造***200的构建支撑构件204上，和/或(2)将附加结构元素添加到切片数据400以有助于确保对象312的某特征的结构完整性。SSG模块318可将适合的特征添加到切片数据400，或添加到用于连续切片的切片数据400以添加整个三维锚定特征和/或结构元素。
在一些示例中，基于温度测量或者其它数据，特性数据324可以限定条件，在该条件下，在对象316的一部分的附近添加“储热器”以有助于控制热累积并因此控制热诱导应力对所生成对象的作用是有益的。储热器可以包括，例如附加对象(例如固态或其它非固态对象)，该附加对象邻近对象316并且用于在生成三维对象期间吸收或发出热。SSG模块318可以添加合适的储热器数据到切片数据400，或者添加到用于连续切片的切片数据400以添加整个三维储热器。
在一些示例中，例如在切片数据400限定悬挑结构(overhanging structure)的部件时，SSG模块318可以将牺牲对象的部分添加到切片数据400。添加的牺牲对象例如可以具有与悬挑结构相同或类似的形状轮廓并且被放置在悬挑结构对象下方，但是不连接到悬挑结构。添加的牺牲对象可以用作热源并且可有助于降低悬挑结构经历的热梯度。例如，这有助于减少悬挑结构的变形。相同的技术也可以用于除了悬挑结构之外的其它结构特征。SSG模块318可以将合适的特征添加到切片数据400，或者添加到用于连续切片的切片数据400以添加整个三维牺牲对象。
可以添加上述牺牲结构中的任何结构。在图5所示出的示例中，SSG模块318将示例牺牲对象403添加到如所示出的切片数据400，导致变换的切片数据404。也可以实施其它合适的变换。一旦实施了变换，变换的切片数据404然后可以在管道300的下一个阶段中使用。例如，如果变换的切片数据404是用于要被生成的对象312的当前切片的矢量切片数据，那么可以实施将矢量切片数据变换成掩模切片数据的随后处理，在这之后掩模切片数据可用于在构建材料的当前层上沉积试剂。
图6图示根据一些示例的用于变换原始切片数据400的VOG模块320的框图。当在构建过程期间生成给定的切片时，可以获得测量的或存储的特性数据324。如之前所讨论，对象属性可以由对象设计数据302限定并且因此还能够以基于对象属性生成的切片数据400表示。VOG模块320可以生成新的“虚拟”对象，以虚拟对象数据限定，该虚拟对象数据可以基于以切片数据400表示的对象属性数据。虚拟对象是不通过增材制造***物理生成但是可以使所生成的对象的一部分具有不同对象属性的对象。
在一些示例中，响应于与切片数据400关联的对象属性数据，VOG模块318可以生成虚拟对象，诸如用图6中的虚线图示的虚拟对象405。如所示出的，生成的虚拟对象的一部分或整个部分在空间上可以符合切片数据400的切片的一部分或整个部分。在一些示例中，虚拟对象可以不在空间上符合切片数据400的切片的一部分，但是与之相邻。
如图6中所图示，生成的虚拟对象405空间上符合切片数据400中的切片的多个部分。在所示出的示例中，可见虚拟对象405在空间上符合围绕切片数据400的切片的边界的薄弱区域。例如，这是对象属性数据限定对象312的边界与对象312的内部部分相比具有不同的对象属性的结果。例如，不同的对象属性可以是之前讨论的可变机构或物理属性中的任何一个。
图7图示根据一些示例的用于变换原始切片数据400的切片组合模块322的框图。如之前所讨论的，原始切片数据400可以是切片数据304、306、308或310中的任何切片的非变换切片。此外，原始切片数据407可以是切片数据304、306、308或310中的任何切片的不同的非变换切片。在一个示例中，原始切片数据400可以表示连续色调切片数据306的切片306a并且原始切片数据407可以表示连续色调切片数据306的相邻切片306b。例如，在构建过程期间生成切片306a时，可以获得测量的或存储的特性数据324。基于之前描述的特性数据324的任何特性数据，切片组合模块322可以组合切片，例如相邻切片，诸如切片306a-306b。可以通过任何合适的算法进行切片组合。
在一些示例中，切片组合模块322可以基于测量的层厚度数据330来组合切片，诸如在切片数据400和407中。例如，如果在输送的当前构建材料层的厚度和由切片数据400限定的切片厚度之间存在不匹配，那么切片组合模块322可以组合切片使得层的厚度和切片的厚度匹配。例如，如果输送的当前层的厚度与(切片数据400的)每个切片306a和(切片数据407的)切片306b的厚度相比是其两倍，那么切片306a-306b(如在其切片数据400和407中所表示)可以组合成在所变换的切片数据408中的单个切片。该单个切片因此可以具有与输送的当前层相同的厚度。在一些示例中，可组合不止两个切片。此外，在一些示例中，可以输送较厚的构建材料层以减少生成对象312所花费的时间。
图8图示根据一些示例的用于变换原始切片数据400的切片分割模块323的框图。在一个示例中，原始切片数据400可以表示连续色调切片数据306的切片306a。例如，在构建过程期间生成切片306a时，可以获得测量的或存储的特性数据324。基于之前描述的特性数据324中的任何特性数据，切片分割模块323可以分割切片。通过任何合适的算法，例如线性或双线性插值法，可以进行切片分割。
在一些示例中，切片分割模块323可以基于测量的层厚度数据330来分割切片，诸如在切片数据400中。例如，如果在输送的当前构建材料层的厚度和由切片数据400限定的切片的厚度之间存在不匹配，那么切片分割模块323可以分割切片使得层的厚度和切片的厚度能够匹配。例如，如果输送的当前层的厚度与(切片数据400的)切片306a的厚度相比是其一半，那么切片306a(如在切片数据400中表示)可以被分割成在相应变换的切片数据409和410中的两个切片。在切片数据409和410中的每个切片因此可以具有与输送的当前层相同的厚度。在一些示例中，切片可以被分割成多于两个切片。
此外，在一些示例中，构建材料的较薄层可以被输送从而减少在对象312中的称为“台阶”的效应。“台阶”效应指的是下述效应，其中逐层制造会沿着由每层限定的x-y轴平面导致精确和平滑的对象表面，但是沿着z轴会导致不精确和粗糙的对象表面，该z轴是通过多个层延伸的轴线。不精确的程度可取决于构建材料每层的厚度。通过输送较薄的构建材料层，并且使用切片分割模块323分割切片使得切片较薄从而对应于较薄的构建材料层，可以减少台阶，
图9图示根据一些示例的用于变换原始切片数据400的密度修改模块325的框图。当在构建过程期间生成给定的切片时，可以获得测量的或存储的特性数据324，例如包括温度传感器数据326、图像传感器数据328、和/或基于热过程模型。基于特性数据324，密度修改模块325可以修改要被输送到构建材料的当前层的试剂的密度和/或图案，以生成对应于切片数据400的切片。例如，在试剂输送之前，通过在先前层中固化的试剂的图案，可以影响构建材料的当前层的温度。因此，基于测量的温度或者基于根据热过程模型确定的温度，可以修改在切片数据400中限定的试剂密度。例如，当前层的在其下方试剂已经在先前层中固化的多个部分会具有较高的温度。因此，这些部分与其它部分相比可以被提供较少的试剂，使得在由能量源226应用能量以实现期望固化时，在这些部分中实现期望的热量。在一些示例中，切片数据400可以是连续色调切片数据306的切片，并且修改可以涉及对连续色调切片数据306的切片中的连续色调等级进行修改。在其它示例中，通过密度修改模块325也可以修改其它类型的切片数据。
尽管示出了处理原始切片数据400的模块316、318、320、322、323和325，但在其它示例中，任何模块可以处理已经被任何其它模块或者所有其它模块处理过的切片数据。因此，模块任何顺序可以被应用到原始切片数据400。
图10是根据一些示例图示生成三维对象的方法500的流程图。该方法可以是计算机实现的。在一些示例中，所示出的顺序可以改变，使得一些步骤可以同时发生，一些步骤可以被添加，并且一些步骤可以被省略。在描述图10时，可对图2-图9和图11a-图11d进行参考。图11a-图11d示出根据一些示例的构建材料层的一系列的横截面侧视图。
在502处，控制器210可以获得对象设计数据302。
在504处，如之前所讨论的，可基于对象设计数据302生成矢量切片数据304。在其它示例中，在管道300中矢量切片数据304可以被处理成不同类型的切片数据306、308和310。
在506处，可以提供构建材料层602b，例如在图11a中所示出的。例如，控制器210可以控制构建材料分配器224，以通过使构建材料分配器224如之前所述的沿着y轴移动而在支撑构件204上的之前完成的层602a上提供层602b。完成的层602a可以包括固化的部分606。尽管在图11a-图11d中为阐释目的示出完成的层602a，但是应该理解的是，步骤506至步骤512可首先被应用以生成第一层602a。
在508处，如之前所述，通过模块316、318、320、322、323和/或325中的任何一个模块可以变换矢量切片数据304的当前切片，。在管道300中，矢量切片数据304可以被处理成不同类型的切片数据306、308和310。在一些示例中，当生成其它类型的切片数据306、308、310时，可以通过任何模块变换。
在510处，如在图11b中所示出的，聚结剂604可以选择性地输送到层602b的多个部分的表面。如之前所述，试剂604可以由试剂分配器202输送，例如以诸如液体微滴的流体形式。
试剂604的选择性输送可以按照层602b的多个部分上的图案实施，掩模数据310(在504或508处生成的)的当前切片可以限定成固态，以形成正被生成的三维对象的一部分。“选择性输送”表示试剂可以按照各种图案输送到构建材料的表面层的所选择的部分。所述图案可以由掩模数据310来限定。
在一些示例中，聚结改性剂可以类似地被选择性地输送到层602b的多个部分。
图11c示出聚结剂604，其已经基本完全渗入构建材料层602b的多个部分中，但是在其它示例中，渗透程度可以小于100％。渗透程度例如可以取决于输送试剂的数量，取决于构建材料的性质，取决于试剂的性质等。
在512处，预定等级的能量可以被临时应用到构建材料层602b。在各种示例中，应用的能量可以是红外线或近红外线能量、微波能量、紫外(UV)光、卤素光、超声波能量等。能量的临时应用可以使其上输送聚结剂604的构建材料的多个部分加热到高于构建材料的熔点并且聚结。在一些示例中，能量源可以被聚焦。在其它示例中，能量源可以未聚焦，并且能量的临时应用会使其上已经输送或渗透聚结剂604的构建材料的多个部分加热到高于构建材料熔点并聚结。例如，层602b的一些或全部的温度可以达到约220摄氏度。在冷却时，具有聚结剂604的多个部分可以聚结并变为固态且形成正在被生成的三维对象的一部分，如在图11d中所示出的。
如之前讨论的，一个这种固化的部分606可以在上次迭代中生成。在能量的应用期间所吸收的热量可以传播到之前固化的部分606，以使部分606的一部分加热到高于其熔点。该效果有助于创建在固化的构建材料的相邻层之间具有结实的层间粘结的部分608，如在图11d中所示出的。
如上面在506至512中描述的，在构建材料层已被处理之后，在构建材料的之前处理过的层的上部提供新的构建材料层。以这种方式，构建材料的之前处理过的层用作构建材料的随后层的支撑件。506至512的过程然后可以重复以逐层生成三维对象。
在本说明书(包括任何随附权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征，和/或如此公开的任何方法或过程的所有步骤，能够以任何组合被组合，除了这些特征和/或步骤中的至少一些互相排斥的组合。
在前述说明中，提出多个细节以提供对本文公开的主题的理解。然而，可以在没有这些细节中的一些或全部的情况下实践示例。其它示例可以包括根据上述讨论的细节进行的修改和变化。其旨在随附权利要求涵盖这些修改和变化。

Claims (14)

1.一种用于处理切片数据的***，所述切片数据表示要被通过增材制造***生成的三维对象的切片，所述***包括：
构建材料分配器，用于沉积基于粉末的构建材料层；以及
处理器，用于：
在所述增材制造***用于生成切片时，基于所述增材制造***的特性数据对所述切片数据实施变换，所述切片数据从三维对象设计数据取得，其中所述切片以二维表示；以及
基于所变换的切片数据，使所述增材制造***通过选择性地固化该基于粉末的构建材料层而生成所述切片；
其中选择性地固化该基于粉末的构建材料层是将试剂按照各种图案输送到所述构建材料层的表面的所选择的部分，并且然后固化所述构建材料层的表面的所选择的部分；
其中所述变换用于基于所述特性数据修改要被输送到所述构建材料层上的由所述切片数据限定的试剂的密度。
2.根据权利要求1所述的***，其中所述变换是对所述切片数据的几何变换，以补偿在所述三维对象生成期间通过所述增材制造***引入的变形。
3.根据权利要求1所述的***，其中所述变换用于将牺牲结构数据添加到所述切片数据，所述牺牲结构数据表示在生成所述三维对象时不旨在形成所述三维对象的一部分的牺牲结构的至少一部分。
4.根据权利要求1所述的***，其中所述变换用于将虚拟对象数据合并到所述切片数据中，所述虚拟对象数据基于对象属性数据。
5.根据权利要求1所述的***，其中所述变换用于将表示所述切片的所述切片数据与表示另一切片的其它切片数据组合，以生成表示组合切片的组合切片数据。
6.根据权利要求1所述的***，其中所述变换用于分割表示所述切片的所述切片数据，以生成分别表示第一分割切片和第二分割切片的第一分割切片数据和第二分割切片数据。
7.根据权利要求1所述的***，其中所述特性数据基于通过所述增材制造***中的传感器的测量，所述测量表示构建材料的温度、构建材料的图像或者构建材料层的厚度。
8.根据权利要求1所述的***，其中所述特性数据是所述增材制造***的已知特性。
9.根据权利要求1所述的***，其中所述切片数据是矢量切片数据。
10.根据权利要求1所述的***，其中所述切片数据是连续色调切片数据。
11.根据权利要求1所述的***，其中所述切片数据是半色调切片数据。
12.根据权利要求1所述的***，其中所述切片数据是掩模切片数据。
13.一种用于处理切片数据的方法，所述方法包括：
通过处理器：
获取表示通过增材制造***中的传感器进行的测量的特性数据，所述增材制造***包括用于沉积基于粉末的构建材料层的构建材料分配器；
获取表示要被通过所述增材制造***生成的三维对象的三维对象设计数据；
基于所述三维对象设计数据生成表示所述三维对象的切片的切片数据，其中所述切片以二维表示；以及
在所述增材制造***用于生成所述切片时，基于所述特征数据变换所述切片数据；以及
使用所述增材制造***通过选择性地固化该基于粉末的构建材料层而生成所述切片；
其中选择性地固化该基于粉末的构建材料层是将试剂按照各种图案输送到所述构建材料层的表面的所选择的部分，并且然后固化所述构建材料层的表面的所选择的部分；
其中所述变换用于基于所述特性数据修改要被输送到所述构建材料层上的由所述切片数据限定的试剂的密度。
14.一种包括可执行指令的非瞬态计算机可读存储介质，所述指令在由处理器执行时使所述处理器：
基于三维对象设计数据获取切片数据，所述切片数据表示要被通过增材制造***通过选择性地固化基于粉末的构建材料层而生成的三维对象的切片，其中所述切片以二维表示，并且所述增材制造***包括用于沉积该基于粉末的构建材料层的构建材料分配器；
在所述增材制造***用于生成所述切片时，基于所述增材制造***的特性来变换所述切片数据；
其中选择性地固化基于粉末的构建材料层是将试剂按照各种图案输送到所述构建材料层的表面的所选择的部分，并且然后固化所述构建材料层的表面的所选择的部分；
其中所述变换用于基于所述特性数据修改要被输送到所述构建材料层上的由所述切片数据限定的试剂的密度。
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