CN106794633A - 用于三维物体的生产的控制数据 - Google Patents

Abstract

描述了针对三维物体的生产生成控制数据的特定示例。在一个示例中，使用物体模型数据和物体属性数据表示待生成的三维物体。处理此数据以生成三维物体的平面的栅格化表示。平面的栅格化表示随后被映射至平面的区域覆盖表示。区域覆盖表示将平面中的给定位置处的物体属性数据定义作为该位置处的可用物体属性的集合的一个或多个比例，例如材料组合。随后对区域覆盖表示进行半色调化以针对三维打印生成控制数据。

Description

用于三维物体的生产的控制数据

背景技术

已经提出了基于逐层生成三维物体的增材制造***作为生产三维物体的潜在的便利方式。这些***通常接收物体模型形式的三维物体的定义。处理此物体模型以指示增材制造***使用一个或多个构建材料来生产物体。存在许多不同类型的增材制造***。物体模型的处理可以基于增材制造***的类型而变化。

附图说明

将结合仅以示例的方式一起示出了本公开特点的所附附图根据以下具体实施方式使得本公开的各种特点和优点变得明显，并且其中：

图1是根据示例的针对三维物体的生产生成控制数据的设备的简化示意性图示；

图2是根据示例示出由设备操纵的数据的简化示意性图示；

图3是根据示例示出针对三维物体的生产生成控制数据的方法的流程图；

图4是根据示例示出用于生成映射的方法的流程图；

图5A至图5C是根据示例的用于构建三维物体的层的方法的示意性图示；

图6是根据示例的增材制造***的简化的等距示图；

图7是根据示例示出操作增材制造***的方法的流程图；并且

图8是根据示例的用于增材制造***的控制器的简化的示意性图示。

具体实施方式

本文所述的特定示例提供了一种用于生成可用于生产三维物体的控制数据的设备和方法。本文所述的特定示例允许处理并使用具有各种期望的物体属性的任意三维内容以生成三维物体。这些物体属性可以包括期望的材料属性，诸如颜色、外观属性、和/或机械属性。特别地，本文所述的特定示例提供了一种使用可用构建材料以使得在生产的三维物体中实现期望的物体属性的方案。此方案是灵活的；其可以用于实现单颜色和/或单材料物体以及多颜色和/或多材料物体两者。

在特定示例中，处理表示三维物体的数据以生成物体的至少一部分的区域覆盖表示。此表示是一个或多个构建材料的概率分布。这些构建材料可以具有定义的颜色并且因此作为一个或多个着色剂。在特定情况下，区域覆盖表示将每个可用构建材料的量、以及它们的组合、或层叠沉积(如果需要)确定为比例性区域覆盖。这不同于使用构建材料的离散表示的比较性***。例如，在本文所述的特定情况下，物体模型数据内的体素(voxel)的集合可以具有相关的区域覆盖向量的集合。在简单情况下，此类向量可以指示在三维空间中的给定位置处应当施加构建材料的一个单元的X％，其中，应当留空(100－X)％。这不同于数据可以指示两个离散状态之一的比较性表示：应当施加一个构建材料单元，或者不应当施加构建材料单元。在本文所述的特定示例中，区域覆盖表示随后提供关于半色调处理的输入，以生成可以由增材制造***使用以生产三维物体的控制数据。

图1示出了可以针对三维物体的生产生成控制数据的示例100。示例100示出了设备110。设备110包括接口120、图像处理器130、分离生成器140、和半色调生成器150。设备110被布置为接收表示待生成的三维物体的数据160，并且处理所述数据，以生成用于生产三维物体的至少一部分的控制数据190。

在图1的示例中，表示待生成的三维物体的数据160包括物体模型数据170和物体属性数据180。物体模型数据170可以定义待生成的物体的至少一部分的三维模型。模型可以在三维坐标系中定义物体的形状和范围，例如物体的实体部分。物体模型数据170可以由计算机辅助设计(CAD)应用程序生成。物体属性数据180定义关于待生成的三维物体的一个或多个期望的物体属性。在一种情况下，物体属性数据180可以包括关于待生成物体的至少一部分的颜色。物体属性数据180可以额外地或可替代地包括关于待生成物体的至少一部分的其他期望的材料属性。可以例如关于待生成物体的整体来定义例如全局属性数据之类的物体属性数据180，或者关于待生成物体的一个或多个部分来定义例如局部属性数据之类的物体属性数据180。物体属性数据180还可以用于定义关于物体的部分的多个物体属性。除了颜色之外物体属性可以包括例如柔性、弹性、刚性、表面粗糙度、多孔性、层间强度、密度等等，并且物体属性可以取决于用于生成物体的构建材料或试剂的类型。

图1的设备110被布置为将表示待生成的三维物体的数据160转换为栅格化表示，该栅格化表示随后被转换为区域覆盖表示。对区域覆盖表示进行半色调化以生成控制数据190。

更详细地，接口120被布置为接收表示待生成的三维物体的数据160。在特定情况下，接口可以被布置为以单个文件的方式接收物体模型数据170和物体属性数据180；在其他情况下，接口可以被布置为以多个数据物体的方式接收物体模型数据170和物体属性数据180中的一个或多个的一部分，其中物体模型数据170和物体属性数据180跨多个相关联的数据结构分布。在一种情况下，物体模型数据170可以包括在三维空间中定义的体素。给定体素可以具有指示在该位置处是否存在待生成的物体的一部分的相关数据。如上所述，物体属性数据180可以包括全局和局部物体属性数据的一个或多个，例如在物体属性数据180中定义的特定物体属性值可以与定义物体的每个体素相关联，和/或特定物体属性值可以与体素的集合相关联，该体素的集合的范围例如从单个体素至与物体相关联的所有体素。在一种情况下，表示三维物体的数据包括三维物体的模型，该三维物体模型具有在模型内的每个位置处(例如在每个[x，y,z]坐标处)指定的一个或多个材料属性。

图像处理器130被布置为从接口120接收物体模型数据170和物体属性数据180。图像处理器130被布置为处理至少物体模型数据170并且生成三维物体的至少一个平面的栅格化表示。例如，图像处理器130可以被布置为生成三维物体的模型的平行平面的切片。每个切片可以定义将要由增材制造***生产的构建材料的相应的层的一部分。在使用三维坐标系(例如使用[x,y,z]坐标)的三维空间中，这些平行平面可以是平行于x和y轴线的平面的z切片。每个z切片可以包括具有一个或多个公共z坐标并且沿x和y维度延伸的模型的部分。z切片的数目可以取决于在z维度中的细节的分辨率和/或一个或多个构建材料的层的输出分辨率。

在一种情况下，图像处理器130被布置为输出多个二维栅格物体，每个二维栅格物体表示在其中定义了物体的三维空间的平面。这些二维栅格物体中的每一个可以包括诸如位图之类的图像。在这种情况下，图像处理器130被布置为将至少一个物体属性值与栅格物体中的每个位置相关联。例如，每个栅格物体可以包括在x和y维度中延伸的像素集合；每个像素可以随后与至少一个物体属性值相关联。在一种情况下，每个像素可以与至少一个材料属性相关联。在材料属性中的一个材料属性定义颜色的情况下，该颜色可以是在颜色空间中定义的，颜色空间诸如：例如灰度之类的单色色调空间；红、绿、蓝(RGB)颜色空间；国际照明委员会(CIE)1931XYZ颜色空间，其中三个变量(“X”、“Y”和“Z”或三色激励值)用于对颜色建模；CIE 1976(L*，a*，b*－CIELAB或“LAB”)颜色空间，其中的三个变量表示亮度(“L”)以及相对的颜色维度(“a”和“b”)；或者任何其他颜色空间或衍生的颜色空间。在这些颜色空间中的颜色值可以包括例如在预定义的值范围内的值之类的连续色调值。例如，在简单情况下，RGB颜色值可以包括三个8位值；照此，每个红色、绿色、和蓝色值可以处于0至255的范围内。材料属性可以被隐含地和/或明确地定义，并且可以包括以下项和其他项中的一个或多个：指示待使用的可用构建材料的值；柔性值；弹性值；刚性值；表面粗糙度值；多孔性值；强度值；以及密度值。例如，直接或明确的定义的形式可以是“放置X％的材料Y，Z％的材料Q……”。间接或隐含的定义可以指定特定的材料属性，例如X颜色或Y刚性，并且间接或隐含的定义可以需要映射至可用材料的明确组合。

仍然参照图1，分离生成器140被布置为接收图像处理器130的输出，并且将由图像处理器生成的栅格化表示映射至三维物体的平面的区域覆盖表示。在特定情况下，分离生成器140可以被布置为接收如上所述的栅格物体。可以例如以表示物体的高度递增的顺序来逐个接收这些栅格物体，或者作为例如物体的所有切片的集合来接收这些栅格物体。在一种情况下，分离生成器140被布置为将材料属性映射至材料区域覆盖(Mac)向量。

Mac向量可以具有多个值，其中每个值定义关于三维物体的层的可寻址区域中的一个或多个材料(“原材料”或MP)的每个组合的比例。例如，在具有两个可用材料M1和M2的增材制造***中，可以在三维物体的层的可寻址区域中独立地沉积每个材料，在给定Mac向量中存在2²(即，四个)个比例：无M2的M1的第一比例；无M1的M2的第二比例；M1和M2层叠沉积的第三比例，例如M2沉积在M1之上或者反之亦然；以及缺少M1和M2两者的第四比例。在此情况下，Mac向量可以是[M1，M2，M1M2，Z]或具有示例性值[0.2，0.2，0.5，0.1]－即，在z切片中的给定位置[x，y]中，20％有M1而无M2，20％有M2而无M1，50％有M1和M2，以及10％是空的。因为每个值均是比例，并且值的集合表示可用材料组合，因此每个向量中的值的集合的总和必须为1或100％。

例如，在构建材料已被着色的情况下，则可以确定Mac向量以生成选择构建材料组合，该选择材料组合生成与供给的材料属性(例如供给的RGB值)的匹配。此匹配可以隐含在映射中。

在图1中，半色调生成器150被布置为从规格生成器140接收区域覆盖表示，并且生成三维物体的平面的半色调表示。例如，如果每个区域覆盖表示包括具有关于每个[x，y]像素的Mac向量的z切片，半色调生成器150则被布置为输出关于像素的离散材料值的集合，其中跨z切片的区域的离散值表示区域覆盖表示的集合的比例。结果，半色调生成器150以跨给定区域的区域覆盖向量的形式分布概率的集合。在以上示例中，这些离散材料值可以包括[DM1,DM2]形式的离散材料值，其中DM1、DM2中的每一个是二进制变量(例如具有0或1的值)。例如，如果在z切片的5乘2像素区域中，所有像素具有[0.2，0.2，0.5，0.1]的Mac向量值，则半色调生成器150可以被布置为输出[1，0]，[1，1]，[1，1]，[0，0]，[0，1]以及[0，1]，[1，1]，[1，1]，[1，0]，[1，1]的离散材料值([DM1,DM2])。关于三维物体的一个或多个平面的半色调数据的形式的半色调生成器150的输出形成了控制数据190的一部分。控制数据190可以用于根据给定增材制造***生产三维物体的至少一个平面。例如，关于5乘2像素区域的离散材料值可以用于指示给定高度处的给定区域中的材料M1和M2中的一个或多个的沉积。在如下所述的图5A至图5C、图6以及图7的示例中，半色调生成器150的输出可以包括关于聚结剂和聚结改性剂中的一个或多个的应用的值。

图2示出了可以由图1的设备110应用以针对三维物体的生产生成控制数据的方法。图2示出了在三维空间中定义物体模型的物体模型数据170。在图2中，将数据170解构为三维物体的三个平面的栅格化表示201、202、203，例如模型的三个切片。如果物体模型数据170例如在定义三维原始物体的方面以向量形式定义三维物体，则可以获取以向量形式表示的物体的截面，并且此截面可以转换为栅格物体，例如具有像素值和相关属性的定义。当涉及颜色数据时，栅格物体也可以被称为色调物体，这是因为其包含指示连续颜色变量的数据。在图1的设备中，此处理由图像处理器130执行。

在图2中，每个栅格化表示201、202、203具有对应的物体属性数据211、212、213。基于接收到的物体属性数据180生成与每个栅格表示相关联的此类物体属性数据211、212、213。如果物体属性数据180包括关于每个[x，y，z]坐标的材料属性值，则阶段210可以包括将此数据剖层(splitting)为关于与三个z切片中的每个切片相关联的[x，y]坐标的值。例如，在图2中，三个平面中的每一个平面中的每个[x，y]坐标具有一个或多个物体属性值[OP1,OP2,…,OPn]，在其中还示出了颜色属性[R,G,B]的示例。

在特定情况下，一个或多个材料属性还可以根据三维物体的模型推得，例如在物体模型数据170中描述的。例如，一个材料属性可以包括是否存在材料，例如在给定位置处是否采用材料填充物体或者其是否是中空的。额外地或可替代地，材料属性可以独立于物体模型数据170进行定义。例如，材料属性可以指示关于待生成物体中的所有位置的最小壁厚度或最小强度。此类材料属性可以全局地定义(例如针对物体定义一个值)，和/或局部地定义(例如定义与物体的不同部分相关联的不同值)。在接收到的物体属性数据180并未被明确地映射至物体模型中给定位置的情况下，例如在全局定义的最小壁厚度的所述情形中，则在阶段210处可以将物体属性值映射至每个位置，例如可以将全局值指配至每个单独的[x，y，z]位置。

在图2中，在第二阶段220，将物体属性数据211、212、213映射(M)至对应的区域覆盖表示221、222、223。此映射可以由图1的分离生成器140执行。此映射可以包括获取表示z切片的栅格物体并且通过栅格至分离处理传递栅格物体的预处理阶段。此栅格至分离处理应用任何存在的材料属性约束。例如，这可以包括使在给定高度处的平面与根据物体模型数据的三维向量模型进行交叉的处理－这产生在那个高度的物体的轮廓(也即二维)向量形状。随后在给定打印分辨率下栅格化。在此处理中，物体属性可以起源于被包括的形状的结果；例如，较薄的形状可能需要不同的材料安排，内部部分可以使用不同材料等。额外的物体属性可以由定义的输入产生；例如，表面的颜色可以转而确定其他内部元素的物体属性。映射可以包括将关于物体属性数据211、212、213的值输入至查找表中并且检索区域覆盖表示以作为输出。这可以关于栅格化表示中的每一个栅格化表示中的像素来执行，例如其可以等价于映射与二维图像中的多个像素相关联的一个或多个值。可以分立地映射或者以组合处理的方式映射物体属性数据211、212、213内的关于颜色和材料属性的值。在图2中，关于z切片中的每个像素的[R，G，B]颜色值和一个或多个物体属性值[OP1,OP2,…,OPn]被映射至Mac向量－[MP1,MP2,…,MPm]。此映射因此是多维映射。稍后参照图4描述用于生成映射的示例性方法。

图2中所示的第三阶段230包括关于三维物体的平面中的每一个的半色调数据231、232、233。通过对第二阶段220的区域覆盖表示221、222、223应用半色调化(HT)操作来生成半色调数据231、232、233。半色调化操作可以由图1的半色调生成器150执行。作为半色调化操作的一部分，可以考虑关于其他平面的区域覆盖值。例如，还可以在z维度中映射按照切片的10％的区域覆盖，以使得每10个切片重复进行着色剂沉积和/或材料沉积。

半色调数据231、232、233的每个集合可以转而用于设置关于三维物体的对应的层的生产的控制数据190。在一种情况下，可以存在来自生产过程的动态反馈。例如，在生成半色调数据231之后，可以生产物体的第一层，例如与平面201相对应的层。一旦生成了此层，和/或在生产期间，可以关于层来测量特定热参数和/或成像参数。例如，这可以包括捕捉生产的层的红外和/或可见范围的图像。这些测量的参数可以随后用于关于物体的后续平面的映射和半色调化操作中的一个或多个。例如，如果层的可见光图像例如由于在生产处理中所引入的变化而显示不同于与该层相关联的计算的区域覆盖表示的区域覆盖，则可以适当地修改关于后续层的区域覆盖表示和/或半色调数据，以满足原始物体模型数据170和物体属性数据180的要求。

图3示出了针对三维物体的生产生成控制数据的方法300。方法300可以由设备110应用，或者可以生成图2中所示的数据。可替代地，方法300可以独立于图1和图2的特点来应用。

在方框310处，获得表示将要生成的三维物体的数据。此数据包括物体模型数据和物体属性数据。在方框320处，根据获得的数据生成表示三维物体的平面的栅格物体。在方框330处，将栅格物体映射至平面的区域覆盖表示。区域覆盖表示将平面中的给定位置处的物体属性数据定义为在该位置处的可用物体属性集合的一个或多个比例，例如定义为可用材料的概率分布。在方框340处，对区域覆盖表示进行半色调化，以针对三维物体的平面的生产生成控制数据350。这可以包括对关于待打印物体的切片的以单色、区域覆盖方式定义的平面进行阈值矩阵半色调化。如图3中所示，方框320至340可以重复以生成用于物体的一系列平面的控制数据，该一系列平面例如是与待生成物体的层相对应的一系列z切片。由方法300生成的控制数据350可以(按照每个平面)用于使用增材制造***生产三维物体的层。

在特定情况下，关于平面的区域覆盖表示包括材料区域覆盖值，例如可以包括如上所述的Mac向量。例如，[K:0.2，Z:0.8]的区域覆盖表示可以表示20％的一滴黑色材料以及80％保留空白，或者[K:0.1，W:0.1，Z:0.8]的区域覆盖表示可以表示10％的一滴黑色材料，10％的透明或白色材料，以及80％的保留空白。在一个示例中，着色剂形式的黑色材料可以用于吸收能量并且照此在其所施加位置处固化构建材料，例如可以用作聚结剂。在此情况下，可以将强度或刚性的材料属性映射至黑色着色剂的区域覆盖；高强度或高刚性可以被映射至100％的区域覆盖，而低强度或低刚性可以被映射至20％的区域覆盖。在半色调化之后，这将产生关于给定层中的位置的具有两个离散状态(黑色着色剂液滴或者没有黑色着色剂液滴)之一的控制数据。然而，给定区域将具有与区域覆盖值匹配的黑色材料的分布，该给定区域在施加能量之后产生期望的材料属性值。

在一种情况下，在方框340之后接收来自增材制造***的反馈。在此情况下，重复进行的生成320、映射330、和半色调化操作340中的一个或多个操作可以合并此反馈以修改得到的控制数据，以用于三维物体的后续平面。生成操作320、映射操作330、和半色调化操作340可以分别由图1的图像处理器130、分离生成器140、和半色调生成器150来实施。

图4示出了可以用于生成在方框330中使用的映射的方法400。方法400还可以用于生成图1的分离生成器140所使用的查找表。关于指定的增材制造***执行图4的方法。

在方框410处，由增材制造***生产多个测试物体。每个测试物体被定义为在测试物体的预定义位置处具有可用物体属性的集合中的一个或多个预定义比例。例如，每个测试物体可以涉及给定的原材料。特别地，关于给定的原材料的测试物体的集合可以具有一范围之内的区域覆盖值。例如，在使用黑色着色剂作为聚结剂的增材制造***中，则黑色着色剂的存在(K)可以是MP，而黑色着色剂的缺乏(Z)也可以是MP:[K,Z]的Mac向量。因此，可以生成具有以下例如以10％区域覆盖增长的0至100％的范围的Mac向量的测试物体：[0，1]，[0.1，0.9]，[0.2，0.8]，[0.3，0.7]，[0.4，0.6]，[0.5，0.5]，[0.6，0.4]，[0.7，0.4]，[0.8，0.2]，[0.9，0.1]以及[1，0]。每个测试物体可以是设定的三维形状，例如具有最小高度的预定义的长方形。高度可以设置为材料属性的成功测量所要求的最小值。

在方框420处，确定每个三维测试物体的预定义位置处的一个或多个特征。这可以包括测量预定义位置处的材料属性。例如，以颜色为例，可以采用分光光度计和光泽计中的一个或多个来对预定义位置进行测量。在另一材料属性情况下，可以使用材料测试，诸如用于测量抗张强度和抗压强度的通用测试仪。测量的形式可以取决于被测量的物体属性以及用于生成测试物体的构建材料。

通过在每个三维测试物体的预定义的位置处确定一个或多个特征，在方框430处，基于测量的特征来确定三维物体的给定位置处的输入物体属性数据与给定位置处的可用物体属性的集合中的一个或多个部分之间的映射。

在一种情况下，方框430包括基于一个或多个测量的特征来确定可用物体属性的全部范围，其中通过映射输出的一个或多个比例处于该全部范围内。全部范围可以是表示物体属性的多维空间中的体积。例如，一个或多个测量的特征可以与用于生成测试物体的区域覆盖值相关联。如果测量的特征值的范围与区域覆盖值的对应范围相关联，则可以推得特征与区域覆盖之间的关系。例如，测量的抗压强度可以是K MP值的线性或非线性函数。如果多个MP值用于生成测试物体，则这些关系可以是多维的。

在一个示例中，确定全部范围可以包括基于一个或多个测量的特征确定可用物体属性的初始全部范围。在特定情况下，可能不能输出物体属性的全部范围，例如增材制造***的限制可以表示理论上可用的但实际上不可能的物体属性，例如给定的刚性值。为了适应材料限制，可以将该材料限制施加至初始全部范围以确定可用物体属性的有限全部范围，其中可用物体属性的有限全部范围指示采用给定的增材制造***可生产的物体属性。例如，对于特定MP或者对于特定MP组合，可以存在最小和/或最大区域覆盖值。如果使用油墨形式的着色剂，可以存在关于增材制造***的总油墨限制。在特定情况下，可以应用关于每个颜色的材料使用优化。这可以包括计算最小和最大材料使用两者并且例如以线性近似的方式组合它们，以得到关于任何颜色的区域覆盖X。在特定情况下，可以由颜色变化可能的区域覆盖的范围。这可以导致关于全部范围的约束，例如对可用颜色的约束。例如，如果给定的颜色必须覆盖至少X1的区域覆盖，但是应当覆盖不多于X2的区域覆盖，这可以用作约束的集合以确定增材制造***的可用的颜色全部范围。在特定情况下，材料“限制”可以定义为每单位面积的材料的最大量(例如重量)。如果材料具有公共重量，使得限制可以与颜色的最大区域覆盖X2有关；如果并非如此，则一个或多个限制可以施加为关于全部范围的一个或多个额外的约束。

在一种情况下，确定在三维物体的给定位置处输入物体属性数据与在该给定位置处的可用物体属性的集合的一个或多个比例之间进行映射包括生成查找表，该查找表具有作为输入节点的物体属性数据值以及作为输出节点的可用物体属性的集合的一个或多个比例。在此情况下，可以基于材料使用优化来从可用物体属性的全部范围内的值选择输出节点。例如，其中，可以关于以下项以及其他项来施加优化：最小化材料使用；用于在可用材料之中分布材料的使用，例如关于成本或可用性；以及最小化或最大化诸如强度或表面粗糙度之类的特定物体属性。优化可以关于单个材料或者整体地对于一组可用材料两者之一，由区域覆盖进行参数化。

图5A至图5C、图6、和图7涉及可以与之前所述的示例结合使用的示例性增材制造***。此增材制造***使用聚结剂和聚结改性剂。这些试剂允许三维物体具有变化的材料属性。它们可以与一个或多个彩色构建材料组合以生成具有变化的材料属性的多色物体。尽管将特定的增材制造***展示为示例，如上所述的设备和方法可以应用于其他增材制造***。这些***包括选择性激光烧结***、立体光刻***、喷墨***、熔融沉积成型***、任何三维打印***、喷墨沉积***、以及层叠物体制造***，和其他***。这些***包括可以使用直接沉积构建材料而不使用所述的那些各种试剂的***。

图5A至图5C根据一个示例示出了构建材料的层的一系列剖面500。在图5A中，在合适的支撑组件(未示出)上提供构建材料的第一层510。在一个示例中，提供的构建材料的层的厚度在约90至110微米的范围中，尽管在其他示例中可以提供构建材料的更薄的或更厚的层。图5A至图5C的示例使用选择性地被输送至构建材料的层510的表面的一个或多个部分的聚结剂520和聚结改性剂530。根据关于层的控制数据执行试剂520和530的选择性输送。此控制数据可以是参照图1至图3中的任一个所述的控制数据190或350。选择性输送表示可以将聚结剂和聚结改性剂两者以各自独立的图案的方式输送至构建材料的表面层的选择的部分。这些图案可以由Mac确定。例如，在一种情况下，聚结剂520可以包括诸如包括碳黑的油墨型剂型之类的黑色着色剂。聚结改性剂530可以包括防止构建材料固化的任何试剂。例如，其可以包括包含固体的液体、盐溶液、呈现合适的冷却效应的流体、合适的塑化剂、或表面张力改性剂。层510可以包括一个或多个构建材料。这些构建材料可以包括粉末的半晶热塑性材料。它们还可以包括粉末的金属材料、粉末的合成材料、粉末陶瓷材料、粉末的玻璃材料、粉末的树脂材料、粉末的聚合物材料等等。

图5B示出了输送至构建材料表面的试剂520和530例如在位置540和550处穿透至构建材料的层510中。两个不同试剂之间的试剂穿透程度可以不同，或者可以基本上相同。穿透的程度可以取决于增材制造***的配置变化。

在试剂520和530穿透至层510中之后，短暂地施加预定义等级的能量。在一个示例中，施加的能量是红外或近红外能量，尽管在其他示例中，可以施加诸如可见光、微波能量、紫外(UV)光、卤素光、超声波能量等等之类的其他类型的能量。能源的施加时间长度和/或能源类型可以取决于增材制造***的配置而变化。短暂地施加能量使得其上已经输送了聚结剂或者已经穿透了的构建材料的一部分540加热至高于构建材料的聚结点并且使构建材料聚结。一旦冷却，已经聚结的部分变为固态，并且形成正在生成的三维物体的一部分。在图5C中以部分560示出了一个此类部分。在本示例中，其上已经输送了聚结改性剂或者聚结改性剂已经穿透的构建材料的部分550并未在施加能源之后聚结。在此示例中，这有助于减小横向聚结渗漏效应。这可以例如用于改进物体边缘或表面的清晰度或精度，和/或减小表面粗糙度。在另一示例中，可以以将可用于使得物体属性被修改的聚结改性剂与聚结剂散布在一起的方式来输送该聚结改性剂。可以针对与三维模型的后续z切片相关联的构建材料层重复图5A至图5C中所示的处理。

图6根据示例示出了增材制造***600的简化等距视图。此***600可以用于应用图5A至图5C中所示的处理。

***600包括控制增材制造***600的一般操作的***控制器610。在此示例中，***控制器610被布置为接收控制数据605。这可以包括涉及待生成的三维物体的一个或多个层的控制数据190和/或350。在图6中，***控制器610被布置为控制构建材料分配器620、聚结剂分配器630、和聚结改性剂分配器640中的一个或多个的动作。在特定情况下，***控制器610还被布置为控制一个或多个着色剂分配器。合适的构建材料分配器可以包括例如刮刀和辊轴。还可以提供一个或多个额外的材料和/或试剂分配器。通过控制这些分配器，可以在支撑结构650上或在之前沉积的层上沉积一个或多个构建材料、一个或多个试剂、以及一个或多个着色剂。还提供向在支撑结构650上沉积的层施加能量的能源670。能源可以向沉积的层施加均匀的水平的能量，和/或能源可以包括可寻址和/或可操纵的能源，诸如激光器。

在一种情况下，至少试剂分配器630和640可以包括诸如热打印头或压电喷墨打印头之类的打印头。支撑结构650和分配器620至640中的一个或多个可以被布置为在一个或多个维度中移动。照此，构建材料、试剂、和/或着色剂可以以三维方式施加到可寻址位置。

图7示出了用于可由增材制造***600应用的增材制造的方法700。在方框710处，提供构建材料的层。在特定情况下，可以选择性地沉积多个构建材料。在方框720处，根据供给的控制数据向层选择性地施加一个或多个试剂。在方框730处，根据试剂的沉积施加能量以聚结层的选择的部分。在特定情况下，在方框720和730中的一个或多个之后，可以沉积一个或多个其他材料。方法700可以关于多个层进行重复以构造三维物体。

关于图5A至图5C、图6和图7的示例，区域覆盖值可以与一个或多个构建材料、试剂、和/或着色剂的区域覆盖相关联。将材料属性映射至区域覆盖，区域覆盖可以提供期望的热消散，这产生合适的材料属性。例如，在聚结剂是黑色着色剂的情况下，区域覆盖值指示聚结剂的比例的使用，并且在施加能源时，施加至层的给定区域的聚结剂的比例产生不同的聚结水平，这转而影响存在于层中的物体的部分的结构和/或机械特征。类似的物体属性诸如“中空”或“填充”可以被映射至聚结改性剂的比例，以及或者替代地映射至聚结剂的不同比例。

例如，在黑白情况下，其可以是“灰度”以用于指示单个K通道的覆盖(％)，在另一实例中，其可以是RGB颜色，但是材料属性被映射至指定节点－例如如果物体的内部将要被填充，则可以使用“白”油墨(例如聚结改性剂)来处理物体的内部，并且中空物体的边界将总是必须具有从白至全彩色的X个像素的过渡。作为更普遍的示例，可以这样定义物体：在特定的[x，y，z]位置处具有[RGB]颜色和[内部/外部]属性值(或其他类似的“改性”)。在此情况下，如果在[x，y，z]和彩色RGB处的改性剂是“内部的”，则其被映射至特定Mac向量，如果改性剂是“外部的”，则Mac向量可以不同。这允许材料的智能操纵；例如，如果便宜材料是粗糙的，则可以配置映射以使得其不用在内表面上而是用在物体的内部中。这可以是这样的情况：即使便宜材料具有颜色信息，但当以特定距离定位至物体内部时，可以看不到它。

本文所述的特定示例提供了用于在增材制造***的环境中指定材料属性和/或颜色的机制。特定示例使用映射阶段，该映射极端使用区域覆盖值和半色调化操作。这不同于单个着色剂被以一对一的方式直接映射至待打印物体的离散区域的比较性***。这些比较性***因此不允许材料属性的过渡。

在一个示例中，在生成栅格化表示、映射栅格化表示、以及半色调区域覆盖表示之前，可以确定三维物体的可见平面的集合。因此，在应用图3的方法之前，对可见平面的集合应用半色调化。这使得物体的表面的颜色能够被分立地处理。可以以隔离的方式对物体的表面进行半色调化，并且在它们的阶段中，将其维持为“边缘”像素，而可以按照图3的方法处理物体的内部。在特定情况下，物体的内部的颜色可以影响表面颜色，在此情况下它们实现垂直于表面平面的区域覆盖。在此情况下，确定物体的可见平面或位置可以获知材料属性，例如获知在给定位置处的优先颜色或者光洁度/粗糙度。照此，其可以形成栅格至分离处理的一部分以定义一位置处的材料属性。

如本文所述的特定***和方法适用于单个颜色和/或材料处理。在这些情况下，可以考虑单个着色剂和/或材料的区域覆盖。通常，本文所述的特定***和方法提供以“连续”方式组合材料的能力，例如提供用于打印颜色和/或其他材料属性过渡的能力。特定***和方法使得能够对给定平面上的区域覆盖进行控制。在特定情况下，可以在给定平面集合之上共同优化材料分隔，例如跨多个z切片。在特定情况下，***和方法使得能够直接控制特定平面或z切片的材料的量。能够以连续、线性的方式在预计算的材料的最小和最大材料使用优化之间动态地过渡。特定***和方法使得能够相互组合或分立地考虑颜色和其他材料属性。例如，区域覆盖向量可以与应用于着色剂一样等同地应用于在不同比例下组合各种材料。这提供了权衡材料属性和颜色的能力。例如，对于区域覆盖和着色剂使用范围的给定集合，可以使用第一全部范围。通过变化范围，可以使用不同的全部范围。特定***和方法还提供用于动态地控制区域覆盖和着色剂或材料使用两者的能力，例如在由于真实的热图分析或形变而需要调整各水平的闭环反馈***中。

如本文所述的特定方法和***可以由处理从非暂时性存储介质检索到的计算机程序代码的处理器来实施。图8示出了包括联接至处理器820的机器可读存储介质840的控制***810的示例800。在特定情况下，控制***810可以包括计算机；在其他情况下，控制***可以包括嵌入式计算装置，例如适用于控制增材制造***的计算装置。机器可读介质840可以是可以包含、存储、或维持程序和数据以由指令执行***使用或与指令执行***组合使用的任何介质。机器可读介质可以包括许多诸如例如电子、磁性、光学、电磁、或半导体介质之类的物理介质中的任意一种。合适的机器可读介质的更具体示例包括但不限于硬盘驱动、随机访问存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器、或便携式盘碟。在图8中，机器可读存储介质包括用于实施控制器850的程序代码，这可以实施图1的设备110、图6的***控制器610、或者图3、图4和图7方法中的任一方法。附图的部件诸如图1中所示的那些可以由普通处理***实施，和/或可以包括专用硬件模块和/或软件模块。在特定情况下，机器可读存储介质还可以包括一个或多个映射，例如分离生成器140使用的查找表，该查找表可以是频谱分离查找表的形式。

已经展示了之前的说明书以说明和描述所述原理的示例。该说明书并非旨在穷举这些原理，或者并非将这些原理限制于所公开的任何具体的形式。根据以上教导许多修改和变化是可能的。

Claims (15)

1.一种针对三维物体的生产生成控制数据的设备，包括：

接口，所述接口被配置为接收表示待生成的三维物体的数据，所述数据包括物体模型数据和物体属性数据；

图像处理器，所述图像处理器被配置为访问获得的数据，并且生成所述三维物体的平面的栅格化表示；

分离生成器，所述分离生成器被配置为将由所述图像处理器生成的栅格化表示映射至所述三维物体的平面的区域覆盖表示，所述区域覆盖表示将所述平面中的给定位置处的物体属性数据定义为所述位置处的可用物体属性的集合的一个或多个比例；以及

半色调生成器，所述半色调生成器被配置为对所述三维物体的平面的区域覆盖表示进行半色调化，以针对所述三维物体的所述生产生成控制数据。

2.根据权利要求1所述的设备，其中：

使用三维空间中的坐标定义所述物体模型数据；

所述物体属性数据包括一个或多个坐标处的颜色值；并且

所述分离生成器被配置为将给定坐标处的颜色值映射至所述给定坐标处的材料区域覆盖向量。

3.根据权利要求1所述的设备，其中：

使用三维空间中的坐标定义所述物体模型数据；

所述物体属性数据包括一个或多个坐标处的至少一个材料属性值；并且

所述分离生成器被配置为将给定坐标处的材料属性值映射至所述给定坐标处的材料区域覆盖向量。

4.根据权利要求1所述的设备，其中，所述分离生成器被配置为对查找表进行访问，所述查找表提供从给定位置处的物体属性数据值的集合至所述位置处的材料比例的向量的映射。

5.一种针对三维物体的生产生成控制数据的方法，包括：

获得表示待生成的三维物体的数据，所述数据包括物体模型数据和物体属性数据；

根据获得的数据生成所述三维物体的平面的栅格化表示；

将所述栅格化表示映射至所述平面的区域覆盖表示，所述区域覆盖表示将所述平面中的给定位置处的物体属性数据定义为所述位置处的可用构建材料的集合和可用构建材料的组合的一个或多个比例；并且

对所述区域覆盖表示进行半色调化，以针对所述三维物体的所述平面的所述生产生成控制数据。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述区域覆盖表示包括材料区域覆盖值中的一个或多个。

7.根据权利要求5所述的方法，

其中使用三维空间中的坐标定义所述物体模型数据，并且所述物体属性数据包括一个或多个坐标处的至少一个材料属性，并且

其中所述三维物体的所述平面与所述物体模型数据内的具有所述坐标中的一个的设定值的平面相对应。

8.根据权利要求5所述的方法，其中，将所述栅格化表示映射至所述平面的区域覆盖表示包括在至少一个物体属性数据值与材料区域覆盖向量之间应用映射。

9.根据权利要求5所述的方法，包括在生成栅格化表示之前，映射所述栅格化表示并且对所述区域覆盖表示进行半色调化；

确定所述三维物体的可见平面的集合；并且

向所述可见平面的集合应用半色调化。

10.根据权利要求5所述的方法，包括：

基于所述控制数据使用增材制造***生产所述三维物体的层；

从所述增材制造***接收反馈；并且

针对所述三维物体的后续平面重复生成操作、映射操作、和半色调化操作，其中所述生成操作和所述映射操作中的至少一个合并接收到的反馈。

11.根据权利要求5所述的方法，包括：

生成多个三维测试物体，每个测试物体具有所述测试物体的预定义位置处的可用物体属性的集合的一个或多个预定义比例；

确定每个三维测试物体的所述预定义位置处的一个或多个测量的特征；并且

基于所述测量的特征，确定三维物体的给定位置处的一个或多个输入物体属性值与所述给定位置处的可用材料组合的集合的一个或多个比例之间的映射，

其中所述映射用于将所述栅格化表示映射至所述平面的材料区域覆盖表示。

12.根据权利要求10所述的方法，包括：

基于所述一个或多个测量的特征确定可用物体属性的全部范围，其中通过所述映射输出的所述一个或多个比例处于所述全部范围内。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，确定所述全部范围包括：

基于所述一个或多个测量的特征确定可用物体属性的初始全部范围；

将材料限制中的一个或多个应用至所述初始全部范围，以确定可用物体属性的有限全部范围，

其中所述可用物体属性的有限全部范围指示采用给定增材制造***可生产的物体属性。

14.根据权利要求12所述的方法，其中，确定三维物体的给定位置处的输入物体属性数据与所述给定位置处的一个或多个可用物体属性之间的映射包括：

生成查找表，所述查找表具有作为输入节点的物体属性数据值，以及作为输出节点的编址所述可用物体属性的材料区域向量，

包括基于材料使用优化中的一个或多个从可用物体属性的全部范围内的值中选择所述输出节点。

15.一种非暂时性计算机可读存储介质，包括存储在所述计算机可读存储介质上的计算机可读指令的集合，当由处理***执行所述计算机可读指令时，使得所述处理***：

获得表示待生成的三维物体的数据，所述数据包括物体模型数据和物体属性数据；

根据获得的数据生成所述三维物体的平面的栅格化表示；

将所述栅格化表示映射至所述平面的区域覆盖表示，所述区域覆盖表示将所述平面中的给定位置处的物体属性数据定义为可用材料组合的集合的一个或多个比例；并且

对所述区域覆盖表示进行半色调化，以针对所述三维物体的所述平面的所述生产生成控制数据。