TW201538304A - 產生三度空間物體的數字表示的方法及設備，該數字表示係適合使用於藉由光固化製造該三度空間物體 - Google Patents

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Abstract

一種電腦實施方法，用於產生一藉由光固化待製造的三度空間物體(11)的數值表示，包含以下的操作：製備一代表三度空間物體(11)的幾何的第一資料組(1)；界定物體(11)的第一表面(13、13a)以及面對該等第一表面(13、13a)的基準面(14、14a)；界定第一表面(13、13a)上的一對應的第一點(X1)、對應的基準面(14、14a)上的一對應的第二點(X2)以及界定連結第一點(X1)至第二點(X2)的對應的支撐元件(15)的三度空間幾何的對應的幾何參數(P1...Pn)；產生內含第一點(X1)和第二點(X2)的座標(7)以及每一支撐元件(15)的幾何參數(P1...Pn)的值(8)的第三資料組(3)；基於第三資料組(3)產生每一支撐元件(15)的數字表示；計算代表產生自物體(11)與支撐元件(15)的結合的幾何的第二資料組(2)。

Description

產生三度空間物體的數字表示的方法及設備，該數字表示係 適合使用於藉由光固化製造該三度空間物體
本發明相關於一種產生藉由光固化被製造的一三度空間物體的幾何的一資料組表示的方法。
本發明亦相關於：一台設備，用於產生該資料組；以及一電腦程式產品，適合被載入一電腦以便使電腦適合該方法的實施。
如已知，一光固化程序在於藉由一三度空間物體的數個層的順序堆疊製造該物體。
物體的每個層以選擇性暴露一接觸用為支撐物的前一固化層的液態或漿態材料於光輻射，藉由固化被得到。
一般而言，程序需要支撐元件被提供以便連結一個或一個以 上的三度空間物體的表面至面對該等表面的對應基準面。
該等支撐元件使能避免待固化的新層的那些區域的崩壞和/或變形，該等新層並未直接被已固化層支撐。
該程序由一電腦控制，代表待製造的物體的幾何的一第一資料組被供應到該電腦。
電腦執行一程式，該程式自動多少加入支撐元件並產生代表產生自物體與支撐元件的結合的三度空間幾何的一第二資料組。
該第二資料組然後被光固化裝置使用用來實際製造物體。
該已知方法的一缺點在於通常，以此方式界定的支撐元件不具有一最理想的幾何。
特別地，它可能發生支撐元件的抗剖面係過量的，除了在程序結束時的物體清理產生更多困難外，亦會導致材料的過量使用且增加製造物體所需要的時間。
在其它情形中，例如在物體特別關鍵區域的水平，它可能發生分別的支撐元件的抗剖面係不足夠的並在物體製造期間導致對物體的損傷。
更且，必須被考慮的是支撐元件的幾何亦取決於使用來製造三度空間物體的材料。
因此，能發生的是，一旦基於一被使用的材料已產生支撐元件，操作者隨後決定改變材料，如此使有必要修正支撐元件。
在上述的情形中，依據已知技術，操作者藉由加入或移除對應支撐元件的區域中的材料修正在加入支撐元件之後產生的物體的幾何， 這些操作利用一適合的3D造型器進行，該3D造型器轉換對應的修正至第二資料組。
就在上面所述的操作帶來缺點：它更複雜並需要一大量的計 算時間。
一另外的操作在於界定支撐元件之前修正由產生支撐元件 程式所使用的參數並隨之產生第二資料組。
然而，該另外的操作在任何情形中需要首先產生第二資料組 並更且，不容許支撐元件被單獨修正。
本發明意欲克服上述習知的缺點。
特別地，本發明的目的係提供一產生具有支撐元件的三度空間物體的數字表示的方法，該方法容許操作者易於修正支撐元件。
本發明的另一目的係提供一容許操作者在產生資料庫之前修正支撐元件的方法，該資料庫界定代表物體與支撐元件的結合的三度空間幾何。
本發明的又一目的係提供一容許操作者易於獨立於其它支撐元件修正每一支撐元件的方法。
該等目的係由一依據申請專利範圍第1項的方法達成。
本發明的標的的方法的另外特徵及細節被敘述於相關的附屬項。
該等目的亦由依據申請專利範圍第12項的一台設備以及由依據申請專利範圍第13項的電腦程式產品達成。
有利地，一旦支撐元件已被界定且在第二資料庫產生之前易於修正支撐元件的可能性容許操作者更快速設計該等支撐元件。
更有利地，以限制需要藉由光固化及使用於該程序的材料製造三度空間物體的時間的方式，操作者容易最佳化支撐元件的幾何。
從本發明的一較佳實施例的敘述，該等目的及優點加上以下強調的其它會變得明顯，該實施例係參考所附圖式經由非限制性的例子被提供，其中：
1‧‧‧第一資料組
2‧‧‧第二資料組
3‧‧‧第三資料組
4‧‧‧第四資料組
5‧‧‧第五資料組
6‧‧‧第六資料組
7‧‧‧座標
8‧‧‧幾何參數的值
9‧‧‧幾何參數的參考值
10‧‧‧幾何參數的預定參考值
11‧‧‧三度空間物體
12‧‧‧修正三度空間物體
13、13a‧‧‧第一表面
14、14a‧‧‧基準面
15‧‧‧支撐元件
16‧‧‧球體
17‧‧‧滲透深度
18‧‧‧支路
19‧‧‧傾角
20‧‧‧發展方向
21‧‧‧支撐基座
22‧‧‧剖面
第1圖概略顯示本發明的方法；第2圖概略顯示使用於本發明的方法中的資料的結構；第3圖顯示一三度空間物體；第4圖顯示一藉由結合第3圖中的三度空間物體至複數個支撐元件所得的三度空間物體；第5圖顯示第4圖中所顯示的三度空間物體的放大詳圖；以及第6圖概略顯示被細分成層的第4圖的三度空間物體。
本發明標的的方法係概略顯示在第1圖中並包含以下敘述的操作，該方法係意欲藉由光固化產生一待製造的三度空間物體的數字表示。
首先，該方法包含製備代表待製造的三度空間物體11的幾何的第一資料組1的操作，僅僅是該操作的指示例係顯示於第3圖中。
接著，三度空間物體11的一個或一個以上第一表面13、13a 被界定，該一個或一個以上第一表面13、13a需被支撐且經由例子顯示在第4圖中。
顯然地，第一表面13、13a利用一數學運算及藉由操作者進行的人工選擇兩者能被界定。
類似地，基準面14、14a被界定成面向該等第一表面13、13a並適合支撐該等第一表面13、13a。
基準面14、14a能被界定為一對應數目的三度空間物體11的表面，或被定義為從三度空間物體11本身分離的表面。
一屬於產生在三度空間物體11內部的腔室的第一表面13較佳被採用為第一選項。
在此情形中，對應的基準面14係屬於該腔室的相反表面。
當第一表面13a在三度空間物體11的外側時較佳被採用為第二選項。
在此第二情形中，對應的基準面14a被界定成它被位於離開最初三度空間物體11的一些距離。
在此情形中，該基準面14a較佳屬於一被產生於三度空間物體11之外的支撐基座21。
第4圖中所顯示的該支撐基座21用於在三度空間物體本身的製造期間使物體支撐在光固化機的造型台上，具有改進三度空間物體黏附於造型台本身的目標。
該方法更包含界定複數個連接第一表面13、13a至對應的基準面14、14a的支撐元件15的方法，該等支撐元件15係經由例子顯示在第4 圖中。
該方法更包含計算代表產生自三度空間物體11與如上述的複數個支撐元件的結合及如果有的話，與支撐基座21的結合的修正三度空間物體12的第二資料組2的操作。
依據本發明，支撐元件15係藉由對應的幾何參數界定。
更精確地，對於每一支撐元件15，以下被界定：對應的第一表面13、13a上的一第一點X1、對應的基準面14、14a上的一第二點X2以及適合基於一習知敘述完整界定支撐元件15本身的三度空間幾何的n個幾何參數P1...Pn。
明顯地，基於將被使用來敘述支撐元件15的自由度的數目，n能從1至任何數字變化。
一可使用的幾何參數的例子進一步深入被提供。
能理解的是每一支撐元件15被端點X1和X2的座標7以及被界定其三度空間發展的幾何參數P1...Pn完整界定。
特別地，支撐元件15的界定包含內含該座標7的一第三資料組3，以及用於每一支撐元件15的幾何參數P1...Pn的值8。
該第三資料組3被使用來產生每一支撐元件15的數字表示，該數字表示然後被使用於第二資料組2的計算。
上述資料的結構被概略顯示於第2圖中，其中點X1和X2的座標以及對應於每一支撐元件15的幾何參數P1...Pn已藉由在參數中的從1至m的指數被常規地識別，其中m係支撐元件15的數目。
換言之，端點的座標及第i個支撐元件的幾何參數被X1(i), X2(i)及P1(i)...Pn(i)常規地表示。
能了解的是該資料結構使能藉由修正相關的幾何參數P1(i)...Pn(i)修正任何第i個支撐元件15。
甚至在支撐元件15已被界定之後且在第二資料組2的計算之前，此使能以簡單、快速且互動的方式修正支撐元件15的幾何。
更且，事實上每一支撐元件15係藉由特定的幾何參數界定，容許支撐元件獨立於其它的支撐元件15被修正，如此達成本發明的另一目的。
因此，本發明較佳包含修正第三資料組3的操作，以便修正對應於支撐元件的至少一個的一個或一個以上的幾何參數P1...Pn的值8。
接著，被修正的支撐元件15的數字表示被重新產生且然後第二資料組2被更新。
有利地，該更新不需第二資料組2的完整重新計算，使能限制僅對被修正支撐元件15的重新產生。
較佳地，支撐元件15的界定包含一內含每一幾何參數P1...Pn的參考值9的第四資料組4的產生。相對於該參考值9的幾何參數被表示為第2圖中的P1*...Pn*，以便將它們區別於每一支撐元件的幾何參數。
該等參考值9係使用於第三資料組3的產生，該第三資料組3指派第四資料組4的對應參考值9至對應於每一支撐元件15的每一幾何參數P1...Pn。
該第凹資料組4有利地使能最初指派相同的參考值9至所有支撐元件15的參數P1...Pn。
明顯地，基於三度空間物體11，基於將被使用來製造物體11的材料，基於為了製造三度空間物體將被細分成的每一層的厚度等，參考值9能被界定。
較佳地，該方法亦包含以修正對應於一個或一個以上幾何參數P1*...Pn*的參考值9的方式修正第四資料組4的操作。
藉由第三資料組3的對應修正，以此方式修正的參考值9能被指派至兩個或兩個以上支撐元件，較佳是所有支撐元件15的對應幾何參數P1...Pn。
接著，基於如上說明所界定的第三資料組3，第二資料組2的計算會被重複。
能理解的是修正第四資料組4的可能性有利地使能以一單一操作修正兩個或兩個以上支撐元件15。
較佳地，該方法亦包含一內含複數個材料的每一材料的幾何參數P1...Pn的預定參考值10的第五資料組5的界定，該等材料係適合被使用來藉由光固化製造一般的三度空間物體並適合事先被識別。
在第2圖中，每一組的幾何參數已以一星號以及以一圓括弧中從1至s的指數被表示，其中s係不同材料的數目。
換言之，相關於第j個材料的該組幾何參數係以P1*(j)...Pn*(j)表示。
較佳地，第四資料組4的產生包含選擇該等材料之一並指派對應的預定參考值10至第四資料組4的參考值9操作，該等預定參考值10對應於材料本身並內含於第五資料組5中。
有利地，基於將用來製造三度空間物體11的材料的形式，上述的第五資料組5使能簡單地且快速地指派參考值9至支撐元件15的幾何參數P1...Pn。
較佳地，該第一、第二及第三資料組1、2及3被儲存在一電腦的記憶體支援中。
較佳地，資料組4及5亦被儲存在相同的記憶體支援中。
至於幾何參數P1...Pn，它們較佳包含一個或一個以上的以下參數：- 一般的支撐元件15的橫向尺寸；- 支撐元件15的橫向尺寸和支撐元件15的長度之間的比率；- 如第5圖所示，一界定支撐元件15的至少一個端點的球體16的大小；- 對應的第一表面13、13a中或支撐元件15的對應的基準面14、14a中的該球體16的滲透深度17；- 在支撐元件15的至少一端的水平的支路18的最大數目；- 相對於支撐元件15的發展方向20的該等支路18的最大傾角19。
明顯地，支撐元件15的幾何觀點的一對應數目的另外幾何參數能被加到該表列。
較佳地，以上述的方法所得的第二資料組2被用於一藉由光固化製造三度空間物體11的程序。
依據此程序，僅經由例子如第6圖所示，一第六資料組6被計算，該第六資料組6係表示由第二資料組2所敘述的三度空間物體的複數個二度空間且互相平行的剖面22。
因此，除了三度空間物體11外，第六資料組6亦包含支撐元件15及若有的話，支撐基座21。
該第六資料組6然後被使用於一光固化機中以得到複數個對應於該複數個二度空間剖面22的固態層。
如已提及，本發明亦相關於產生三度空間物體11的該數字表示的一台設備。
該設備包含一在此未圖示但就其本身為已知的電腦，該電腦具有一處理單元及一能被處理單元存取的記憶體支援。
該設備亦包含獲得代表三度空間物體11的第一資料組1並載入它於記憶體支援中的手段。
該設備亦包含第一表面13、13a及基準面14、14a的手段以及界定支撐元件15的手段。
特別地，界定支撐元件15的手段包含界定第一點X1、第二點X2以及每一支撐元件15的幾何參數P1...Pn的手段以及產生第三資料組3並載入它於記憶體支援中的手段。
該設備亦包含修正如上述的第三資料組3的手段以及以上面所述的方式計算第二資料組2並載入它於記憶體支援中的手段。
特別地，計算第二資料組2的手段包含基於該第三資料組3產生一每一支撐元件15的數字表示的手段。
如已提及，本發明亦相關於一包含一具有程式部分的資料支援的電腦程式產品，該等程式部分以當被執行於該電腦上時該等程式部分設定該電腦用於上述的本發明的方法的實施的方式被設置。
特別地，當被執行於電腦上時，該等程式部分界定獲得第一資料組1並載入它於記憶體支援中的手段、界定第一表面13、13a、基準面14、14a及如上述連結它們的支撐元件15的手段以及如上述計算第二資料組2並載入它於記憶體支援中的手段。
實施上，操作者獲得代表三度空間物體11的第一資料組1。
第一資料組1能以任何已知形式的格式被供應，例如，DWG、STEP、IGES、PRT、STL或任何其它格式，倘若它適合用於一三度空間幾何的數字表示。
例如藉由一三度空間造型程式或藉由一三度空間光學讀取器或藉由能產生三度空間物體11的數字表示的任何其它裝置，第一資料組1能被產生。
操作者儲存第一資料組1於上述形式的一台設備中並開始執行被載入於其中的程式，該程式界定支撐元件15並產生對應的第三資料組3。
若需要，在開始該程式之前，操作者能設定內含幾何參數P1*...Pn*的參考值9的第四資料組4。
該設備然後使該資料提供給操作者，該資料較佳被轉成一圖式格式。
操作者然後能修正一個或一個以上支撐元件15的幾何參數P1...Pn，該等幾何參數P1...Pn修正第三資料組3，或修正複數個干預內含於第四資料組4中的參考值9的支撐元件15。
接著，該程式產生代表具有支撐元件15的三度空間物體11 的第二資料組2，該支撐元件15如需要被使用者修正且若有的話，具有支撐基座21。
依據上述，能理解的是產生數字表示的方法和設備以及上述電腦程式產品達成所有設定的目的。
特別地，基於端點並基於描述支撐元件的三度空間配置的支撐元件的界定以及端點和一第三資料組中的幾何參數的組織在支撐元件被界定之後容許支撐元件的形狀易於被修正。
更且，因為第三資料組包含獨立於其餘的支撐元件的幾何參數的每一支撐元件的幾何參數，所以能獨立於其它支撐元件容易修正每一支撐元件。
1‧‧‧第一資料組
2‧‧‧第二資料組
3‧‧‧第三資料組
4‧‧‧第四資料組
5‧‧‧第五資料組
6‧‧‧第六資料組
7‧‧‧座標
8‧‧‧幾何參數的值
11‧‧‧三度空間物體
12‧‧‧修正三度空間物體
22‧‧‧剖面

Claims (13)

  1. 一種電腦實施方法，用於產生一藉由光固化待製造的三度空間物體(11)的數值表示，包含以下的操作：- 製備一代表該三度空間物體(11)的幾何的第一資料組(1)；- 界定一個或一個以上該三度空間物體(11)的第一表面(13、13a)以及一個或一個以上面對該等第一表面(13、13a)的每一個的基準面(14、14a)；- 界定複數個連接該等第一表面(13、13a)至該一個或一個以上對應的基準面(14、14a)的支撐元件(15)；- 以一第二資料組(2)代表產生自該三度空間物(11)與該複數個支撐元件(15)的結合的幾何的方式計算該第二資料組(2)；其中該界定該複數個支撐元件(15)的操作包含以下的操作：- 對於該等支撐元件(15)的每一個，界定一屬於對應的第一表面(13、13a)上的該支撐元件(15)的對應的第一點(X1)、一屬於對應的基準面(14、14a)上的該支撐元件(15)的對應的第二點(X2)，以及一個或一個以上適合完整界定該該支撐元件(15)的三度空間配置的對應的幾何參數(P1...Pn)；- 產生內含該第一點(X1)及該第二點(X2)的座標(7)的一第三資料組(3)以及該等支撐元件(15)的每一個的該等幾何參數(P1...Pn)的值(8)；該計算該第二資料組(2)的操作包含基於該第三資料組(3)產生一每一支撐元件(15)的數字表示。
  2. 如申請專利範圍第1項的方法，其中在該計算該第二資料組(2)的操作之前，該方法包含修正該第三資料組(3)的操作以便獨立於對應於其它支撐元件(15)的幾何參數(P1...Pn)，修正一個或一個以上對應於該複數個支撐元件(15)的至少一個支撐元件(15)的幾何參數(P1...Pn)。
  3. 如申請專利範圍第1或2項的方法，其中：- 該界定該複數個支撐元件(15)的操作包含產生一內含該等幾何參數(P1...Pn)的每一個的一參考值(9)的第四資料組(4)；- 該第三資料組(3)的產生包含指派該參考值(9)至每一支撐元件(15)的對應的幾何參數(P1...Pn)。
  4. 如申請專利範圍第3項之方法，其中該界定該複數支撐元件(15)的操作包含以下的操作：- 修正該第四資料組(4)以便修正對應於該等幾何參數(P1...Pn)的至少一個的參考值(9)；- 修正該第三資料組(3)以便指派該被修正的參考值(9)至該等支撐元件(15)的至少兩個的該幾何參數(P1...Pn)的該至少一個。
  5. 如申請專利範圍第3或4項的方法，其中該方法包含以下的操作：- 識別複數個適合被使用來藉由光固化製造該第三空間物體(11)的材料；- 對於該等材料的每一個，界定一內含該等幾何參數(P1...Pn)的預定參考值(10)的一對應組的第五資料組(5)；- 該第四資料組(4)的該產生包含屬於該複數個材料的一材料的選擇，以及對應於該材料的預定參考值(10)至該第四資料組(4)的指派。
  6. 如申請專利範圍第1至5項中任一項的方法，其中該方法包含儲存該第一資料組(1)、第二資料組(2)以及第三資料組(3)於一電腦的一記憶體支援中的操作。
  7. 如申請專利範圍第1至6項中任一項的方法，其中該等幾何參數(P1...Pn)包含以下參數的一個或一個以上：- 一支撐元件(15)的橫向尺寸；- 一支撐元件(15)的橫向尺寸和支撐元件(15)的長度之間的比率；- 一界定一支撐元件(15)的端點的至少一個的球體(16)的大小；- 對應的第一表面(13、13a)中或對應的基準面(14、14a)中的該球體(16)的滲透深度(17)；- 在該等端點的至少一個的水平的一支撐元件(15)的支路(18)的最大數目；- 相對於支撐元件(15)的發展方向(20)的該等支路(18)的最大傾角(19)。
  8. 如申請專利範圍第1至7項中任一項的方法，其中該等基準面(14)的至少一個係一該三度空間物體(11)的表面。
  9. 如申請專利範圍第1至8項中任一項的方法，其中該等基準面(14a)的至少一個係從該三度空間物體(11)分離的一表面。
  10. 如申請專利範圍第9項的方法，其中該第二資料組(2)的該計算包含以下的操作：- 界定一包含該至少一個基準面(14、14a)的支撐基座(21)；- 以該第二資料組(2)係代表產生自該三度空間物體(11)與該複數支 撐元件(15)並與該支撐基座(21)的結合的幾何的方式計算該第二資料組(2)。
  11. 一種製造一三度空間物體(11)的方法，其中該方法包含以下的操作：- 應用一如產生代表三度空間物體(11)的第二資料組(2)的申請專利範圍第1至10項中任一項的方法；- 計算一代表複數個由該第二資料組(2)代表的三度空間物體的兩度空間且互相平行的剖面(22)的第六資料組(6)；- 以得到複數個分別對應於該複數個二度空間剖面(22)的固態層的方式使用該第六資料組(6)於一光固化機中。
  12. 一種產生一藉由光固化待製造的三度空間物體(11)的數字表示的設備，包含：- 一電腦，包含一處理單元及一由該處理單元可存取的記憶體支援；- 獲得代表該三度空間物體(11)的幾何的一第一資料組(1)並載入該第一資料組於該記憶體支援中的手段；- 界定一個或一個以上該三度空間物體(11)的第一表面(13、13a)及一個或一個以上面對該第一表面(13、13a)的每一個的基準面(14、14a)的手段；- 界定連結該等第一表面(13、13a)的每一個至該一個或一個以上對應的基準面(14、14a)的複數個支撐元件(15)的手段；- 以該第二資料組(2)代表產生自該三度空間物體(11)與該複數支撐元件(15)的結合的幾何的方式計算該第二資料組(2)並載入該第二資料組於該記憶體支援中的手段； 其中該界定該複數支撐元件(15)的手段包含：- 對於該等支撐元件(15)的每一個，界定對應的第一表面(13、13a)上的該支撐元件(15)的一對應的第一點(X1)、對應的基準面(14、14a)上的該支撐元件(15)的一對應的第二點(X2)以及一個或一個以上適合完整界定該支撐元件(15)的三度空間配置的對應的幾何參數(P1...Pn)的手段；- 產生一內含該第一點(X1)及該第二點(X2)的座標以及該等支撐元件(15)的每一個的該幾何參數(P1...Pn)的值(8)的第三資料組(3)並載入該第三資料組於該記憶體支援的手段；- 修正該第三資料組(3)以便修正一個或一個以上對應於該複數個支撐元件(15)的至少一個支撐元件(15)的幾何參數(P1...Pn)的值(8)的手段；該計算該第二資料組(2)的手段包含基於該第三資料組(3)產生每一支撐元件(15)的一數字表示的手段。
  13. 一種電腦程式產品，包含一具有程式部分的資料支援，該等程式部分配置成當被執行於一包含一處理單元及一由該處理單元可存取的記憶體支援的電腦上時，該等程式部分界定：- 獲得代表一三度空間物體(11)的幾何的一第一資料組(1)並載入該第一資料組於該記憶體支援中的手段；- 界定一個或一個以上該三度空間物體(11)的第一表面(13、13a)及一個或一個以上面對該第一表面(13、13a)的每一個的基準面(14、14a)的手段； - 界定連結該等第一表面(13、13a)的每一個至對應的基準面(14、14a)的複數個支撐元件(15)的手段；-計算一第二資料組(2)成該第二資料組(2)代表產生自該三度空間物體(11)與該複數支撐元件(15)的結合的幾何並載入該第二資料組於該記憶體支援中的手段；其中該界定該複數支撐元件(15)的手段包含：- 對於該等支撐元件(15)的每一個，界定對應的第一表面(13、13a)上的該支撐元件(15)的一對應的第一點(X1)、對應的基準面(14、14a)上的該支撐元件(15)的一對應的第二點(X2)以及一個或一個以上適合完整界定該支撐元件(15)的三度空間配置的對應的幾何參數(P1...Pn)的手段；- 產生一內含該第一點(X1)及該第二點(X2)的座標以及該等支撐元件(15)的每一個的該幾何參數(P1...Pn)的值(8)的第三資料組(3)並載入該第三資料組於該記憶體支援的手段；- 修正該第三資料組(3)以便修正一個或一個以上對應於該複數個支撐元件(15)的至少一個支撐元件(15)的幾何參數(P1...Pn)的值(8)的手段；該計算該第二資料組(2)的手段包含基於該第三資料組(3)產生每一支撐元件(15)的一數字表示的手段。
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