用于增材制造的表面角模型评估工艺制造技术

一种用于在增材制造过程中打印三维部件(24)的方法(10)，包括计算相对于一个或多个坐标轴的表面平面角(30)作为表面几何形状的表面积的函数，根据所计算的表面平面角(30)计算每个坐标轴的构建分数(32)，以及至少部分地基于所计算的构建分数(32)来选择坐标系中的数字模型的方向(64)。构建分数(32)优选地预测哪个部件方向(64)可能为打印的三维部分提供良好的表面质量。

Surface angle model evaluation process for material increase

For printing in additive manufacturing 3D components (24) method (10), including the calculation of plane surface relative to one or more axis angle (30) as a function of the surface geometry of the surface area, according to the surface plane angle is calculated (30) to calculate the score of each axis of the building (32), and at least in part based on the calculated fraction (32) to select the number of models in the coordinate direction (64). The construction score (32) preferably predicts which component direction (64) may provide good surface quality for the three dimensional parts of the print.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于增材制造的表面角模型评估工艺
本专利技术涉及用于打印或以其他方式制造三维(3D)部件和支撑结构的增材制造方法。特别地，本专利技术涉及用于使用增材制造技术打印3D部件结构的数字模型评估。
技术介绍
增材制造系统用于使用一种或多种增材制造技术从数字模型或3D部件的表示(例如，STL格式文件)打印或以其他方式构建3D部件。可商购的增材制造技术的实例包括基于挤出的技术、喷射、选择性激光烧结、粉末/粘合剂喷射、电子束熔化、数字光处理(DLP)和立体光刻工艺。对于这些技术中的每一种，3D部件的数字表示在最初被分割成多个水平层。对于每个切片层，生成工具路径，其提供用于特定增材制造系统打印给定层的指令。例如，在基于挤出的增材制造系统中，可以通过挤出可流动的部件材料，以逐层的方式根据3D部件的数字表示打印3D部件。所述部件材料通过由系统的打印头承载的挤出端挤出，并且在平面层中作为一系列路径沉积在压板上。挤出的部件材料熔合到预先沉积的部件材料上，并在温度降低时固化。之后打印头相对于基底的位置被增加，并重复该过程以形成类似于数字表示的3D部分。在通过沉积部分材料的叠层制造3D部件时，支撑层或结构通常建立在正在构造中的3D部件的突出部分或空腔下方，其不被部件材料本身支撑。可以利用相同的沉积技术建立支撑结构，可通过该技术沉积部件材料。主计算机产生额外的几何形状，用作要被形成的3D部件的悬垂或自由空间段的支撑结构。之后在打印过程中根据生成的几何形状沉积支撑材料。支撑材料在制造过程中粘附到所述部分材料上，并且当打印过程完成时可以从完成的3D部件上移除。
技术实现思路
本专利技术的一个方面涉及一种用于在增材制造过程中打印3D部件的方法，该方法包括：将3D部件的数字模型接收到计算机，其中所述数字模型被配置在具有多个坐标轴的坐标系中，并且具有表面几何形状。该方法还包括相对于一个或多个坐标轴作为表面几何形状的表面积的函数的表面平面角。该方法还包括根据所计算的表面平面角来计算一个或多个坐标轴中的每一个的构建分数，以及至少部分地基于所计算的构建分数来选择坐标系中的数字模型的方位。构建分数优选地预测哪个部件方位可能为待打印的3D部件提供良好的表面质量。本专利技术的另一方面涉及一种用于在增材制造过程中打印3D部件的方法，其包括将3D部件的数字模型接收到计算机，其中所述数字模型配置在具有多个坐标轴的坐标系中。该方法还包括计算两个或多个坐标轴的主要标准值(例如，支撑材料体积和/或构建时间)，评估两个或更多个坐标轴中的每一个的表面质量的数字模型，以及消除任何一个具有不满足最小表面质量阈值的表面质量的坐标轴以提供一个或多个剩余坐标轴。该方法还包括至少部分地基于所计算的主要标准值从坐标系中的一个或多个剩余坐标轴中选择数字模型的方位。该方法优选地去除了具有低表面质量的部件方向。本专利技术的另一方面涉及一种用于在增材制造过程中打印3D部件的方法，其包括将3D部件的数字模型接收到计算机，其中所述数字模型配置在具有多个坐标轴的坐标系中。该方法还包括评估用于两个或更多个坐标轴的表面质量的数字模型，计算所述两个或更多个坐标轴中的每一个的一个或多个次要标准值，以及消除任何一个具有不符合最小次要标准值阈值的次要标准值的坐标轴以提供一个或多个剩余的坐标轴。该方法还包括至少部分地基于所评估的表面质量从坐标系中的一个或多个剩余坐标轴选择数字模型的方位。除非另有说明，本文使用的以下术语具有下列含义：术语“增材制造系统”是指至少部分地使用增材制造技术来打印3D部件和/或支撑结构的系统。增材制造系统可以是独立单元、较大系统或生产线的子单元，和/或可以包括其它非增材制造特征，例如减法制造特征、拾取和放置特征、二维打印特征等。与打印3D部件和/或支撑结构相关的术语“打印”、“打印中”等，指的是使用一种或多种增材制造技术从一种或多种材料构建或以其他方式生产3D部件和/或支撑结构，例如基于挤出的技术、喷射、选择性激光烧结、粉末/粘合剂喷射、电子束熔化、数字光处理(DLP)、立体光刻、选择性激光熔化、直接激光金属烧结和静电放电处理等。与用于命令设备(例如，打印头，龙门架，马达等)的控制器组件相关的术语“命令”、“命令中”等，指的是将控制信号从控制器组件直接和/或间接地中继到设备，使得设备根据中继信号进行操作。信号可以以任何合适的形式进行中继，例如到达设备上的微处理器的通信信号、施加电力以操作设备等。术语“提供”，例如在权利要求中使用的“提供设备”并不意图要求提供的对象的任何特定的转达或接收。相反，术语“提供”仅用于引用在权利要求的后续要素中将被引用的项目，使其清楚且易于阅读。术语“优选的”和“优选地”，是指在某些情况下可以提供某些益处的本专利技术的实施方案。然而，在相同或其他情况下，其它实施例也可以是优选的。此外，一个或多个优选实施例的叙述并不意味着其他实施例不是有用的，并且不旨在将其他实施例排除在本专利技术的范围之外。术语“至少一个”和“一个或多个”元素可互换使用，并且具有包括单个元件和多个元件的相同含义，并且也可以由元素末尾的后缀“(s)”表示。由于本领域技术人员已知的预期变化(例如，测量中的限制和变化)，本文中使用的使用术语“约”和“基本上”指的是可测量的值和范围。。附图说明图1是使用部件定向过程来打印3D部件的方法的流程图，其中所述部件定向过程包括本专利技术的表面质量评估。图2是本专利技术的表面质量评估的流程图。图3是初始定向中的示例数字模型的前部立体图。图4是图3所示的示例数字模型的后部立体图。图5是基于表面质量评估定向的图4和图4所示的示例数字模型的前部立体图。图6是用于基于多个标准执行所述部件定向过程的方法的流程图，其中表面质量评估是主要标准。图7是用于基于多个标准执行所述部件定向过程的方法的流程图，其中表面质量评估是次要标准。图8是使用包括独立增材制造系统的部件定向过程来打印3D部件的第一示例系统。图9是使用包括多个增材制造系统的部件定向过程来打印3D部件的第二示例系统。图10是使用包括多个增材制造系统和基于云的服务器架构的部件定向过程来打印3D部件的第三示例系统。图11是在图8-10所示的示例系统中使用的示例性计算机体系结构的方框图。图12是配置为打印3D部件和支撑结构的示例性增材制造系统的正视图，用于图8-10所示的示例系统中。图13-22是根据本专利技术的表面质量评估对表面质量评估的数字模型的示例视图。具体实施方式本专利技术涉及用于用增材制造系统打印3D部件的系统和方法，其包括可被用于快速预测可能提供良好表面质量的部件方向的表面质量评估。在第一实施例中，表面质量评估可用于直接建立用于定向数字模型(用于打印3D部件)的优选的打印z轴。或者，在第二实施例中，表面质量评估可以是部分方向的多准则评估的一部分，其中部件方向也可以使用一个或多个附加的可测量标准来评估，诸如支撑材料体积、构建时间、部件强度、构建后处理时间(例如，支撑件移除时间)、总体处理时间、成本等。图1示出了使用增材制造系统从数字模型打印3D部件的示例方法10，其中包括部件定向过程。如图所示，方法10包括步骤12-24，并且最初涉及将数字模型接收到计算机(步骤12)，以及基于一个或多个可测量标准确定数字模型的优选部件方向(步骤14)。如下所述，方本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在增材制造工艺中打印三维部件的方法，所述方法包括：将三维部分的数字模型接收到计算机，其中所述数字模型设在具有多个坐标轴的坐标系中，并且具有表面几何形状；通过计算机计算相对于一个或多个坐标轴的表面平面角作为表面几何形状的表面积的函数；通过计算机计算所述一个或多个坐标轴中的每一个的构建分数，其中所述构建分数作为所计算的表面平面角的函数被计算；以及至少部分地基于所计算的构建分数来选择坐标系中数字模型的方向。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.02.26 US 14/632,2801.一种在增材制造工艺中打印三维部件的方法，所述方法包括：将三维部分的数字模型接收到计算机，其中所述数字模型设在具有多个坐标轴的坐标系中，并且具有表面几何形状；通过计算机计算相对于一个或多个坐标轴的表面平面角作为表面几何形状的表面积的函数；通过计算机计算所述一个或多个坐标轴中的每一个的构建分数，其中所述构建分数作为所计算的表面平面角的函数被计算；以及至少部分地基于所计算的构建分数来选择坐标系中数字模型的方向。2.根据权利要求1所述的方法，其中，至少部分地基于所计算的构建分数来选择所述坐标系中所述数字模型的方位包括，定向所述数字模型，使得对应于最高构建分数的坐标轴与用于增材制造过程的打印轴对准。3.根据权利要求1所述的方法，还包括通过计算机确定所述一个或多个坐标轴中的每一个的一个或多个附加标准结果。4.根据权利要求3所述的方法，还包括：通过计算机将所计算的构建分数与阈值进行比较，以识别具有低于所述阈值的所计算的构建分数的任何坐标轴；以及通过计算机从用于在坐标系中定位所述数字模型的可用选择中消除任何识别的坐标轴。5.根据权利要求3所述的方法，其中所述一个或多个附加标准结果基于包括支撑材料体积、构建时间、部分强度、支撑移除时间或其组合的一个或多个标准。6.根据权利要求1所述的方法，其中所述表面几何形状由多个面单元形成，并且其中，计算相对于一个或多个所述坐标轴的表面平面角包括：通过计算机计算每个面单元的表面积；以及计算面单元相对于一个或多个坐标轴的表面平面角。7.根据权利要求1所述的方法，还包括基于所述定向的数字模型通过所述增材制造系统打印所述三维部件。8.根据权利要求1所述的方法，其中，所计算的每个坐标轴的构建分数基于：其中Dp是坐标轴p的计算出的构建分数；其中∮αpdA是相对于坐标轴p的计算出的表面平面角，作为表面几何的表面积的函数；以及其中R是可选的归一化值。9.一种在增材制造工艺中打印三维部件的方法，所述方法包括：将三维部件的数字模型接收到计算机，其中所述数字模型具有由多个面单元定义的表面；基于面单元顶点，通过计算机计算每个面单元的表面积；通过计算机，为每个面单元计算相对于坐标系的多条坐标轴中的每条坐标轴的平面角；通过计算机，作为所计算的表面积和所计算的平面角的函数而计算每个坐标轴的构建分数；以及至少部分地基于所计算的构建分数来选择坐标系中数字模型的方向。10.根据权利要求9所述的方法，其中，至少部分地基于所计算的构建分数来选择所述坐标系中的所述数字模型的方向包括定向所述数字模型，使得对应于最高构建分数的坐标轴与用于增材制造过程的打印轴对准。11.根据权利要求9所述的方法，其中所述坐标系是笛卡尔坐标系，并且其中所述多...

【专利技术属性】
技术研发人员：雅各布·大卫·林奇·奥古斯特，威廉·J·斯旺森，凯文·约翰逊，
申请(专利权)人：斯特塔思有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US