用于三维打印机的修改的模型数据的生成的制作方法

用于三维打印机的修改的模型数据的生成


背景技术：

1.在三维（3d）打印机中生成一个或多个打印部件的构建操作之后，打印部件可以经受后处理步骤，诸如化学抛光。为了实行这样的后处理步骤，操作者可以从构建室移除打印部件，并将它们转移到后处理室，诸如化学抛光室。
附图说明
2.图1示意性地示出了包括由支撑框架包围的打印对象的3d构建的示例。
3.图2示出了打印对象和周围框架的示例，包括将对象连接到框架的分支。
4.图3示出了用于将对象连接到框架的分支的示例。
5.图4是示出用于生成修改的模型数据的方法的示例的流程图。
6.图5是示出用于生成修改的模型数据的方法的进一步示例的流程图。
7.图6示出了被配置为生成修改的模型数据的示例控制器。
8.图7示出了包括生成修改的模型数据的指令的计算机可读介质的示例。
具体实施方式
9.在3d打印机或其它增材制造系统中完成构建操作之后，打印部件可以经历后处理步骤，以便将部件修整为特定规范。例如，在基于粉末的3d打印过程中，后处理可以包括对打印部件进行喷砂以移除部件上的剩余粉末。后处理还可以例如包括对打印部件的化学抛光，以移除表面分层并实现高水平的表面光滑度。这样的后处理步骤可以通过操作者从3d打印机的构建室移除打印部件，并将它们转移到后处理室来进行。操作者可以在后处理步骤期间将单独的打印部件装载到容纳在后处理室内的支撑结构上。
10.本公开描述了如何可以确定适合于在后处理期间支撑（一个或多个）部件的支撑框架，以及如何生成表示对象和框架二者的修改的模型数据。例如当将打印对象例如从构建单元转移到例如后处理装置时，支撑框架的提供可以促进操作者对打印对象的处置。特别地，在构建操作生成多个单独部件的情况下，支撑所有这些部件的打印框架可以使得操作者能够通过处置框架（而不是单独处置每个部件）容易地从构建单元转移所有部件用于后处理，并且还可以允许便于随后从后处理装置移除部件。在这种情况下，框架还可以用于在后处理期间维持单独的部件之间的分离，从而防止单独的部件接触以及例如在化学抛光期间熔合在一起。
11.框架可以被布置为包住（一个或多个）部件，当由操作者处置时，例如在转移到后处理室期间，这可以通过使得框架能够简单地放置在室中来保护部件，而无需将单独的部件装载到分离的支撑结构上。在该示例中，框架可以被布置成使得框架的一部分在所有侧面上延伸超出对象，使得当对象以任何取向放置在表面上时，对象将由框架的一部分支撑。
12.本公开描述了在预打印过程期间，如何可以使用定义要打印的对象的对象模型数据来确定这样的支撑框架，并生成表示对象和支撑框架二者的修改的模型数据。
13.在本公开的示例中，将3d打印对象生产为特定规范的过程可以包括：（i）部件和构
建准备；（ii）3d打印；和（iii）后处理。在部件和构建准备期间，可以由预打印应用生成或接收要打印的每个对象的数字模型，所述数字模型包括表示对象的对象模型数据。然后，可以在要打印的（一个或多个）对象周围确定支撑框架，其中可以根据多个准则来确定框架，如下面所描述的。指定框架的大小和位置的参数可以由用户手动确定，或者在预打印应用中自动确定。在一些示例中，参数可以通过手动和自动过程的组合来指定，例如通过生成提议的框架结构的预打印应用来指定，所述框架结构然后可以被用户接受、拒绝或修改。框架结构的自动确定可以利用机器学习技术。要打印的对象的数字模型和相关联的（一个或多个）支撑框架可以手动或使用自动封装算法来封装到可用的构建体积中，并且可以选择这样的封装来最小化构建高度，以便最大化构建过程的效率。然后可以生成表示要打印的对象和支撑框架二者的修改的模型数据。预打印应用可以生成修改的模型数据的切片，所述切片可以被发送到打印机以用于打印数据生成。替代地，修改的模型的切片可以在打印机本身内提取，以生成打印机控制数据。在3d打印期间，对象和支撑框架可以由3d打印机生成。
14.打印完成之后，打印部件可以经历冷却，并且然后可以经历后处理。如上面所描述的，在基于粉末的3d打印过程的情况下，后处理可以包括移除多余的粉末，并且可以包括在化学抛光室中进行化学抛光。然后可以将打印部件从室移除，并从支撑框架拆卸。
15.图1示意性地示出了框架101的示例，该框架101可以被确定为构建数据的一部分，并且被打印为包住对象100，以便在后处理期间支撑该对象。在该示例中，框架包括基座部分102和将框架基座部分连接到对象的多个分支103。在该示例中，描绘了五个分支，但是本公开不仅限于该数量。框架101的尺寸（包括分支的数量和尺寸），可以以这样的方式自动确定，使得框架和分支能够支撑对象的重量，但是使用足够少量的材料，以使得对象能够在后处理步骤（诸如喷砂或化学抛光）期间被适当地暴露，以便增加这样的过程的有效性。特别地，可以基于对象的模型根据对象的尺寸自动确定分支的数量和尺寸，使得它们可以承受后处理阶段。可以确定分支的尺寸，使得分支在后处理过程期间、例如在化学抛光过程期间被弱化，但是不会断裂。例如，通过确定分支的尺寸以便在化学抛光期间弱化，一旦后处理完成，对象100就可以更容易地从框架分离。以该方式，打印对象100可以贯穿后处理阶段保持被支撑，同时还使得能够在之后容易地从框架101移除。
16.图2示出了框架201的进一步示例，所述框架201可以被生成来包住和支撑对象200。在该示例中，框架201包括基座部分202，该基座部分202具有笼状或网格状结构，并且其支撑对象200，同时仍然充分暴露对象，以用于例如喷砂或化学抛光。该示例框架201还包括三个分支203a、203b、203c。在该示例中，这些分支被定位成使得对象200上的分支的接触点位于对象上存在凹面的区中。这些也是在经修整的部件中低美学重要性的定位，使得在对象从分支拆卸之后，对象表面上剩余的任何人工制品不位于视觉显著性的区域，并且因此不需要由操作者进一步手动修整。低美学重要性的区域可以在对象模型数据中指定，或者可以由操作者手动指定，或者可以基于检测到的对象参数（例如，对象表面中的凹面区域）自动确定，并且可以基于该信息确定分支的定位。
17.图3示出了用于将（一个或多个）部件连接到框架的分支300的另一示例。在该示例中，分支300包括基座部分301和锥形连接器部分302。基座部分301连接到框架基座部分303，以及连接器部分302连接到对象304。图3进一步图示了分支300在沿其长度的各种点处的横截面，即：（i）在对象304和连接器部分302之间的接合面处；（ii）在分支300的连接器部
分302和基座部分301之间的接合面处；以及（iii）在分支的基座部分301和框架基座部分303之间的接合面处。
18.基座部分301可以以这样的方式设计，使得它充当框架基座部分303和分支300的连接器部分302之间的鲁棒链接。基座301可以通过具有圆柱形形状的基座部分301（如该示例中所示出的）而具有宽的支撑区域，所述圆柱形形状具有直径为d1的圆形横截面，导致与框架基座部分303的接触区域a1，该接触区域a1足以在处置和后处理期间将分支300固定到框架。在该示例中，基座部分301完全由表示其长度l1和直径d1的参数定义。其它配置和横截面形状可以用于基座部分301。
19.在一些示例中，连接器部分302可以以这样的方式确定，使得它针对后处理方法是鲁棒的，但是仍然允许之后在对对象表面的美学影响最小的情况下容易地移除对象304。在图3的示例中，连接器部分302具有带有逐渐减小的半径的圆形横截面，使得连接器部分在与对象304的接合面处的半径r3小于在与分支300的基座部分301的接合面处的半径r1。连接器部分在与对象304的接合面处的减小的接触区域最小化在框架移除之后接点的美学影响，同时也使得能够更容易地从框架移除对象。在该示例中，连接器302还具有半径r1和半径r3之间的凹形弯曲过渡，以便连接器部分302以更接近与对象的邻接表面垂直的角度靠近与对象304的接合面。该布置可以进一步促进在后处理之后从连接器部分302移除对象304。在图示的示例中，连接器的半径r1和半径r3之间的过渡由连续曲线定义。在一些示例（诸如图3中所示出的布置）中，连接器部分302可以是中空的，具有非熔合的芯，使得它在与基座部分301的接合面处由外半径r1和内半径r2定义。在这种情况下，非熔合的芯朝向与对象304的接合面逐渐变细，使得随着连接器部分朝向对象304逐渐变细，内半径减小到零。在其它示例中，连接器部分可以不是锥形的，并且分支可以包括具有第一横截面面积的基座部分和具有第二较小横截面面积的连接器部分。
20.在一些示例中，定义分支300的基座部分301和连接器部分302的形状的参数可以经由作为这些参数的函数的分支强度的动态计算来设置，以便确保足够的强度来支撑对象的质量，所述对象的质量可以在对象模型中指定，或者基于从对象模型导出的对象尺寸来确定。这可能需要确定基座部分和连接器部分的参数，所述基座部分和连接器部分将在后处理阶段为对象304提供足够的支撑。分支本身的质量也可以作为定义分支形状的参数的函数来动态计算，并且可以施行该函数的最小化，以便确定提供足够的强度来支撑对象的分支的参数，其中使用最少的材料来生产分支。在一些示例中，每个分支的参数可以以使得最小化支撑对象304所需的分支300的数量的这样的方式来确定。最小化分支的数量可以增加对象在后处理期间向诸如化学抛光之类的过程的暴露，这可以由此增加这样的过程的有效性，并且还可以通过最小化附接点的数量来促进框架从对象的拆卸，这可以减少用于这样的拆卸所需的操作者时间。
21.在一些示例中，分支中的一个或多个可以包括具有从其延伸的多个连接器部分的单个基座部分。这些多个连接器部分中的每一个可以具有上面所描述的单个连接器部分的属性，并且可以具有为每个相应的连接器部分确定的独立参数，以支撑对象或相应的对象。
22.在一些示例中，分支的附接位置和数量可以基于例如对象的质量和/或质心的确定来确定。例如，可以基于对象模型数据中指定的对象的尺寸来做出对象的质量的确定，并且可以与对象的质量成比例地确定分支的数量，以便为对象提供足够的支撑。在示例中，可
以根据对象模型数据来确定对象的质心，并且可以以使得增加由分支提供的支撑稳定性的这样的方式来确定（一个或多个）分支在对象上的（一个或多个）附接位置。例如，可以相对于质心确定分支的位置，以便当对象由框架支撑时减少附接点处分支上的扭转载荷，并且例如，可以确定附接位置，使得质心位于附接点之间。
23.在一些示例中，对象模型数据包括要生成的多个部件，并且根据同时包住和支撑所有部件的要求来做出框架的确定。
24.图4示出了用于生成打印机控制数据的方法400的示例，所述打印机控制数据包括构建数据，以控制3d打印机生成对象和支撑框架。该方法包括获得401定义要由三维打印机生成的对象的对象模型数据；以及在生成的对象的后处理期间确定402适合于支撑对象的框架。在一些示例中，框架包括框架基座部分和将对象连接到框架基座部分的一个或多个分支。在一些示例中，确定框架包括为一个或多个分支确定在对象上的（一个或多个）接触位置，以及基于所述（一个或多个）接触位置确定框架的定位。在一些示例中，框架基座部分和一个或多个分支的尺寸和定位被确定为以便能够承受对象的喷砂和/或化学抛光的后处理步骤，同时继续支撑对象。
25.在403处，生成表示对象和框架二者的修改的模型数据。该修改的模型数据可以用于在预打印应用中生成切片，所述切片然后可以被传输到3d打印机，或者在打印机本身内提取。
26.图5示出了用于生成打印机控制数据的方法450的进一步示例，所述打印机控制数据包括构建数据，以控制3d打印机在框架内生成对象。该方法包括获得500定义要由3d打印机生成的一个或多个对象的对象模型数据。根据该数据，在501处估计当对象被打印时对象的属性，所述属性可以包括例如该或每个对象的质量和/或质心。在502处使用这些属性来在对象上标识合适的支撑区域，当打印框架和对象时，框架的一个或多个分支将在所述支撑区域处附接到对象。例如，可以基于对象的估计质心来确定合适的支撑位置。也可以考虑关于对象的具有低美学重要性的区的信息，并且这样的信息可以由操作者手动指定，在对象模型数据中指定，或者基于对象的检测到的参数自动确定。在503处，确定支撑对象所需的分支数量，并且该确定可以基于对象的已知或估计质量。分支的数量可以最小化，以便最小化地阻碍对象暴露于诸如化学抛光之类的后处理过程，以及促进在后处理之后框架从对象的拆卸。在504处，分配所确定的分支的定位，并且在505处，基于分支的位置，确定框架基座部分以便包围对象。框架基座部分可以包括对象周围的笼或网格，并且构成框架基座部分的组件的定位可以使得对象和靠近附接位置的框架基座部分之间的距离最小化，以便使分支的长度最小化，并且由此增加结构的稳定性。通过基于在对象表面上确定的合适的附接位置来确定框架基座部分的定位和几何形状，可以确定鲁棒的支撑框架。在一个示例中，框架基座部分被确定为使得分支从框架基座部分垂直延伸到对象。
27.在506处，确定分支的属性，使得对象将在后处理步骤期间被支撑。这些属性可以包括分支的几何参数，如上面参考图3所描述的。可以确定分支的属性，使得分支将在后处理期间、例如在化学抛光期间被充分弱化，使得对象随后可以被容易地拆卸。在507处，给予用户批准所确定的框架的机会。如果用户批准所确定的框架，则那么在510处，基于所确定的框架生成修改的模型数据，并且然后可以将打印作业提交给3d打印机。如果在507处，用户不批准所确定的框架，则那么用户可以在508处调整框架的参数，诸如分支的数量、位置
和/或属性、和/或框架基座部分的属性。这样的调整继续，直到在509处用户批准所调整的框架，并且在510处生成表示对象和所调整的框架二者的修改的模型数据为止。
28.当确定框架的结构时，为了提高框架的有效性，可以满足多个约束，并且这些约束可以包括但不限于以下中的任何一个或全部：（i）减少分支的数量和/或框架基座部分的表面积，同时保持足够的强度来支撑对象，以便促进对象暴露于诸如喷砂和/或化学抛光之类的后处理步骤，以及减少用于生产框架的附加材料；（ii）为框架提供足够的强度和适合于至少部分包围（一个或多个）对象的几何形状，以使得打印对象能够在后处理室中被处置和堆叠，而不会使打印对象彼此接触，无论打印对象是由分离的相应框架支撑，还是由单个框架支撑多个对象；（iii）提供足够的分支来以鲁棒的方式支撑对象，同时最小化分支的数量以促进对象从框架的拆卸；（iv）确定在被确定或指定为具有低美学重要性的对象区域中的分支和对象之间的接合面。
29.在一些示例中，可以手动、自动或二者的组合来标识反映对象上的分支可以连接在其处的可能位置的合适接触区域。例如，合适的接触区域可以根据较高或较低曲率的区或者对象表面中在其处存在凹面或凸面的区来标识。
30.应当理解，图5图示了用于确定支撑3d打印对象的框架和生成打印机控制数据的示例方法，并且包括用户输入的一个示例。在一些示例中，用户可以有机会在方法的各种阶段处输入变量。例如，在一些示例中，用户可以输入或调整支撑区域位置、分支的数量、分支的定位、分支的属性和/或框架基座部分的属性。
31.在一些示例中，分支和框架基座部分的属性和位置的确定可以以不同于图5中所示出的次序发生。例如，可以在分支及其位置之前确定框架基座部分的属性。在一些示例中，可以实现机器学习，使得系统从先前确定的（一个或多个）框架学习，并将属性应用于未来的构建。在其一个应用中，系统可以将属性应用于多个相同的构建，使得对象可以被大规模生产，而不需要用户的单独批准。
32.应当理解，可以根据任何上面所描述的方法做出框架的确定以及分支的数量和位置的确定。可以自动、手动或二者的组合做出该确定，例如通过提供自动确定并使用用户输入修改自动确定来做出该确定。
33.图6示出了被配置为生成打印机控制数据的控制器600的示例。控制器600包括处理器601和存储器602。存储在存储器602内的是指令603，所述指令603用于根据上面所描述的任何示例生成打印机控制数据。在一个示例中，控制器600可以是运行指令603的计算机的部分。在另一示例中，控制器600可以是3d打印机的部分，其被配置为在获得对象模型数据之后运行指令603。
34.图7示出了存储器702，其是存储指令710、711、712的计算机可读介质的示例，当被可通信地耦合到增材制造系统（在这种情况下是3d打印机701）的处理器700执行时，所述指令710、711、712使处理器700根据上面所描述的任何示例生成打印机控制数据。计算机可读介质703可以是能够存储可执行指令的任何形式的存储设备，诸如非暂时性计算机可读介质，例如随机存取存储器（ram）、电可擦除可编程只读存储器（eeprom）、存储驱动器、光盘或
诸如此类。