改进三维物体的增材制造制造技术

一种确定针对通过增材制造形成的三维（3D）物体的支撑结构的类型的方法，所述方法包括：接收3D物体的实体模型；执行实体模型的几何分析以识别需要支撑结构的3D物体的区域（2104）；在如此识别的区域处执行实体模型的应力和翘曲分析（2106），所述应力和翘曲分析包括应用于实体模型的一个或多个启发式算法，并且排除3D物体的相应有限元模型的有限元分析；选择要放置在如此识别的区域处的支撑结构的类型，支撑结构的类型基于如此执行的应力和翘曲分析来选择（2108）；以及基于实体模型来生成3D物体的壳，并且包括在如此识别的区域处以及具有如此选择的类型的支撑结构（2110）。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】改进三维物体的增材制造相关申请的交叉引用本非临时专利申请要求于2016年9月1日提交的RoySterenthal的题为“IMPROVEDADDITIVEMANUFACTURINGOFATHREE-DIMENSIONALOBJECT”的美国临时申请序列号62/382,543的优先权，根据U.S.C.119（e）的权益，通过引用将该临时申请并入本文中。本非临时专利申请还要求于2016年12月14日提交的RoySterenthal的题为“IMPROVEDADDITIVEMANUFACTURINGOFATHREE-DIMENSIONALOBJECT”的美国临时申请序列号62/434,136的优先权，根据U.S.C.119（e）的权益，通过引用将该临时申请并入本文中。
本公开一般地涉及增材制造（additivemanufacturing），并且特别地涉及三维物体的改进的增材制造，包括诸如创建支撑结构、设计感知或以其他方式创建相应的增材制造参数的多个区域、多曝光和/或使用多个挤出机、激光器或打印头的特征。
技术介绍
近年来，已经开发了用于快速生产三维（3D）物体的许多不同的增材制造技术。增材制造及其相关变型有时被称为3D打印、实体成像、实体自由成形制造、快速原型（prototyping）和制造以及诸如此类。增材制造包括许多不同的技术，用于利用表示物体的横截面的层或切片数据从构建材料逐层形成三维物体。这些技术包括例如挤出沉积或选择性沉积建模（SDM）技术（诸如熔融沉积建模（FDM）和熔融丝制造（FFF））、立体光刻（SLA）、聚喷射打印（PJP）、多喷射打印（MJP）、选择性激光烧结（SLS）、三维打印（3DP）技术（诸如彩色喷射打印（CJP）以及诸如此类）。多种增材制造技术从相应的数字实体模型形成三维物体，该实体模型通常由计算机辅助设计系统提供（该实体模型有时被称为CAD模型）。实体模型可以通过几何形状的集合来表示物体及其结构部件。该实体模型可以被导出到表示物体的闭合形状表面几何形状的另一种形式，其有时可以被称为壳。在一些示例中，物体的壳可以采取多边形（例如三角形）的网格的形式，诸如在STL（标准镶嵌语言（standardtessellationlanguage））模型或文件的情况下。然后，可以将物体的壳切片成定义壳的层的层数据。该层数据可以被格式化成描述用于形成物体的刀具路径的适当语言，该层数据可以被增材制造系统接收，以操纵构建材料来逐层形成物体。尽管现有的增材制造技术是足够的，但是通常还期望对现有技术进行改进。
技术实现思路
本公开的示例实现一般地涉及用于三维物体的增材制造的改进的计算装置、方法和计算机可读存储介质，包括诸如创建支撑结构、设计感知或以其他方式创建相应的增材制造参数的多个区域、多曝光和/或使用多个挤出机、激光器或打印头的特征。因此，本公开包括但不限于以下示例实现。一些示例实现提供了一种确定针对通过增材制造形成的三维物体的支撑结构的类型的方法，该方法包括：接收三维物体的实体模型；执行实体模型的几何分析以识别需要支撑结构的三维物体的区域；在如此识别的区域处执行实体模型的应力和翘曲分析，应力和翘曲分析包括应用于实体模型的一个或多个启发式算法，并且排除三维物体的相应有限元模型的有限元分析；选择要放置在如此识别的区域处的支撑结构的类型，基于如此执行的应力和翘曲分析，从支撑结构的多种类型中选择支撑结构的类型；以及基于实体模型来生成三维物体的壳，并且包括在如此识别的区域处以及具有如此选择的类型的支撑结构。在任何先前或任何随后的示例实现或其任何组合的方法的一些示例实现中，实体模型由多边形的网格组成，并且执行几何分析包括将相邻多边形收集到需要支撑结构的三维物体的区域中。在任何先前或任何随后的示例实现或其任何组合的方法的一些示例实现中，执行应力和翘曲分析包括总应力分析，其包括：针对相邻多边形中的相应多边形产生矢量，包括针对每个相邻多边形，追踪从相邻多边形到以相邻多边形为中心的球体的面向上的半球的外圆周的多条均匀分布的光线，并且将与从相邻多边形延伸穿过实体模型的多条光线的矢量重合的多个矢量相加，所述多个矢量从相邻多边形延伸到实体模型的外表面，所述多个矢量被相加以产生针对相邻多边形的矢量；以及根据针对相邻多边形中的相应多边形的矢量确定针对该区域的总应力值。在任何先前或任何随后的示例实现或其任何组合的方法的一些示例实现中，相邻多边形的子集位于该区域的边界上，并且执行应力和翘曲分析包括角应力分析，包括：针对相邻多边形的子集中的相应多边形产生矢量，包括对于子集的每个相邻多边形，追踪从相邻多边形到以相邻多边形为中心的球体的面向上的半球的外圆周的多条均匀分布的光线，并且将与从相邻多边形延伸穿过实体模型的多条光线的矢量重合的多个矢量相加，多个矢量从相邻多边形延伸到实体模型的外表面的第一个或者面向上的半球的外圆周，该多个矢量被相加以产生针对相邻多边形的矢量；以及根据针对相邻多边形的子集中的相应多边形的矢量来确定针对该区域的角应力值。在任何先前或任何随后的示例实现或其任何组合的方法的一些示例实现中，执行应力和翘曲分析包括翘曲分析，包括：针对相邻多边形中的相应多边形产生矢量，包括对于每个相邻多边形，基于来自相邻多边形的法线来识别实体模型内的邻近区域；追踪从邻近区域到以邻近区域为中心的球体的相邻半球的外圆周的多条均匀分布的光线，将从邻近区域延伸到实体模型的外表面的第一多个矢量相加，第一多个矢量被相加以产生第一矢量，将从邻近区域延伸到实体模型的外表面的第一个或者也以邻近区域为中心的较小的第二球体的相邻半球的外圆周的第二多个矢量，第二多个矢量被相加以产生第二矢量；以及将第一矢量和第二矢量相加以产生针对相邻多边形的矢量；并且根据针对相邻多边形中的相应多边形的矢量来确定针对该区域的翘曲值。在任何先前或任何随后的示例实现或其任何组合的方法的一些示例实现中，执行应力和翘曲分析包括确定总应力、角应力和翘曲的值，并且其中选择支撑结构的类型包括基于总应力、角应力和翘曲的值来选择支撑结构的类型。在任何先前或任何随后的示例实现或其任何组合的方法的一些示例实现中，三维物体的实体模型处于坐标系中，该坐标系具有包括x轴和y轴和z轴的正交轴，高度由在z轴的方向上与实体模型的最底部区域的距离来定义，并且总应力、角应力和翘曲的值包括平均总应力值，并且其中选择支撑结构的类型包括在其中区域的高度小于或等于阈值高度并且平均总应力值高于阈值总应力值的情况下选择裙型支撑结构。在任何先前或任何随后的示例实现或其任何组合的方法的一些示例实现中，选择支撑结构的类型包括在其中区域的高度大于阈值高度但小于或等于第二阈值高度并且平均总应力值高于阈值总应力值的情况下选择实体型支撑结构。在任何先前或任何随后的示例实现或其任何组合的方法的一些示例实现中，生成包括支撑结构的壳包括基于区域的高度和平均总应力值来生成包括其中定义有间隙的实体型支撑结构的壳。在任何先前或任何随后的示例实现或其任何组合的方法的一些示例实现中，总应力、角应力和翘曲的值包括最大角应力值，并且其中选择支撑结构的类型包括在其中最大角应力值高于阈值角应力值的情况下选择锥型支撑结构或实体壁型支撑结构。在任何先前或任何随后的示例实本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于确定针对通过增材制造形成的三维物体的支撑结构的类型的装置，所述装置包括处理器和存储可执行指令的存储器，所述可执行指令响应于由处理器执行而使得所述装置至少：接收三维物体的实体模型；执行实体模型的几何分析以识别需要支撑结构的三维物体的区域；在如此识别的区域处执行实体模型的应力和翘曲分析，应力和翘曲分析包括应用于实体模型的一个或多个启发式算法，并且排除三维物体的相应有限元模型的有限元分析；选择要放置在如此识别的区域处的支撑结构的类型，支撑结构的类型基于如此执行的应力和翘曲分析从支撑结构的多种类型中选择；以及基于实体模型来生成三维物体的壳，并且包括在如此识别的区域处以及具有如此选择的类型的支撑结构。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.09.01 US 62/382543;2016.12.14 US 62/4341361.一种用于确定针对通过增材制造形成的三维物体的支撑结构的类型的装置，所述装置包括处理器和存储可执行指令的存储器，所述可执行指令响应于由处理器执行而使得所述装置至少：接收三维物体的实体模型；执行实体模型的几何分析以识别需要支撑结构的三维物体的区域；在如此识别的区域处执行实体模型的应力和翘曲分析，应力和翘曲分析包括应用于实体模型的一个或多个启发式算法，并且排除三维物体的相应有限元模型的有限元分析；选择要放置在如此识别的区域处的支撑结构的类型，支撑结构的类型基于如此执行的应力和翘曲分析从支撑结构的多种类型中选择；以及基于实体模型来生成三维物体的壳，并且包括在如此识别的区域处以及具有如此选择的类型的支撑结构。2.根据权利要求1所述的装置，其中，实体模型由多边形的网格组成，并且使得装置执行几何分析包括：使得将相邻多边形收集到需要支撑结构的三维物体的区域中。3.根据权利要求2所述的装置，其中，使得装置执行应力和翘曲分析包括总应力分析，其中，使得装置至少：针对相邻多边形中的相应的多边形产生矢量，包括针对每个相邻多边形产生矢量，追踪从相邻多边形到以相邻多边形为中心的球体的面向上的半球的外圆周的多条均匀分布的光线，以及将与从相邻多边形延伸穿过实体模型的多条光线的矢量重合的多个矢量相加，所述多个矢量从相邻多边形延伸到实体模型的外表面，所述多个矢量被相加以产生针对相邻多边形的矢量；以及根据针对相邻多边形中的相应多边形的矢量确定针对所述区域的总应力值。4.根据权利要求2所述的装置，其中，相邻多边形的子集位于区域的边界上，并且使得装置执行应力和翘曲分析包括角应力分析，其中，使得装置至少：针对相邻多边形的子集中的相应多边形产生矢量，包括针对子集的每个相邻多边形产生矢量，追踪从相邻多边形到以相邻多边形为中心的球体的面向上的半球的外圆周的多条均匀分布的光线，以及将与从相邻多边形延伸穿过实体模型的多条光线的矢量重合的多个矢量相加，所述多个矢量从相邻多边形延伸到实体模型的外表面的第一个或面向上的半球的外圆周，所述多个矢量被相加以产生针对相邻多边形的矢量；以及根据针对相邻多边形的子集的相应多边形的矢量确定针对所述区域的角应力值。5.根据权利要求2所述的装置，其中，使得装置执行应力和翘曲分析包括翘曲分析，其中，使得装置至少：针对相邻多边形中的相应多边形产生矢量，包括针对每个相邻多边形产生矢量，基于来自相邻多边形的法线识别实体模型内的邻近区域；追踪从邻近区域到以邻近区域为中心的球体的相邻半球的外圆周的多条均匀分布的光线，将从邻近区域延伸到实体模型的外表面的第一多个矢量相加，第一多个矢量被相加以产生第一矢量，将从邻近区域延伸到实体模型的外表面的第一个或也以邻近区域为中心的较小的第二球体的相邻半球的外圆周的第二多个矢量相加，第二多个矢量被相加以产生第二矢量，以及将第一矢量和第二矢量相加以产生针对相邻多边形的矢量；以及根据针对相邻多边形中的相应多边形的矢量确定针对所述区域的翘曲值。6.根据权利要求1所述的装置，其中，使得装置执行应力和翘曲分析包括：使得确定总应力、角应力和翘曲的值，以及其中使得装置选择支撑结构的类型包括：使得基于总应力、角应力和翘曲的值来选择支撑结构的类型。7.根据权利要求6所述的装置，其中，三维物体的实体模型处于坐标系中，所述坐标系具有包括x轴和y轴以及z轴的正交轴，高度由在z轴的方向上距实体模型的最底部区域的距离来定义，并且总应力、角应力和翘曲的值包括平均总应力值，并且其中使得装置选择支撑结构的类型包括：使得在其中区域的高度小于或等于阈值高度并且平均总应力值高于阈值总应力值的情况下，选择裙型支撑结构。8.根据权利要求7所述的装置，其中，使得装置选择支撑结构的类型包括：使得在其中区域的高度大于阈值高度但小于或等于第二阈值高度并且平均总应力值高于阈值总应力值的情况下，选择实体型支撑结构。9.根据权利要求6所述的装置，其中，总应力、角应力和翘曲的值包括最大角应力值，并且其中使得装置选择支撑结构的类型包括：使得在其中最大角应力值高于阈值角应力值的情况下，选择锥型支撑结构或实体壁型支撑结构。10.根据权利要求6所述的装置，其中，总应力、角应力和翘曲的值包括平均翘曲值，并且其中使得装置选择支撑结构的类型包括：使得在其中平均翘曲值低于阈值翘曲值的情况下，选择壁型支撑结构。11.一种确定针对通过增材制造形成的三维物体的支撑结构的类型的方法，所述方法包括：接收三维物体的实体模型；执行实体模型的几何分析以识别需要支撑结构的三维物体的区域；在如此识别的区域处执行实体模型的应力和翘曲分析，应力和翘曲分析包括应用于实体模型的一个或多个启发式算法，并且排除三维物体的相应有限元模型的有限元分析；选择要放置在如此识别的区域处的支撑结构的类型，支撑结构的类型基于如此执行的应力和翘曲分析从支撑结构的多种类型中选择；以及基于实体模型来生成三维物体的壳，并且包括在如此识别的区域处以及具有如此选择的类型的支撑结构。12.根据权利要求11所述的方法，其中，实体模型由多边形的网格组成，并且执行几何分析包括将相邻多边形收集到需要支撑结构的三维物体的区域中。13.根据权利要求12所述的方法，其中，执行应力和翘曲分析包括总应力分析，包括：针对相邻多边形中的相应的多边形产生矢量，包括针对每个相邻多边形产生矢量，追踪从相邻多边形到以相邻多边形为中心的球体的面向上的半球的外圆周的多条均匀分布的光线，以及将与从相邻多边形延伸穿过实体模型的多条光线的矢量重合的多个矢量相加，所述多个矢量从相邻多边形延伸到实体模型的外表面，所述多个矢量被相加以产生针对相邻多边形的矢量；以及根据针对相邻多边形中的相应多边形的矢量确定针对所述区域的总应力值。14.根据权利要求12所述的方法，其中，相邻多边形的子集位于区域的边界上，并且执行应力和翘曲分析包括角应力分析，包括：针对相邻多边形的子集中的相应多边形产生矢量，包括针对子集的每个相邻多边形产生矢量，追踪从相邻多边形到以相邻多边形为中心的球体的面向上的半球的外圆周的多条均匀分布的光线，以及将与从相邻多边形延伸穿过实体模型的多条光线的矢量重合的多个矢量相加，所述多个矢量从相邻多边形延伸到实体模型的外表面的第一个或面向上的半球的外圆周，所述多个矢量被相加以产生针对相邻多边形的矢量；以及根据针对相邻多边形的子集的相应多边形的矢量确定针对所述区域的角应力值。15.根据权利要求12所...

【专利技术属性】
技术研发人员：R斯特伦塔尔，K沃尔彻克，
申请(专利权)人：三D系统公司，
类型：发明
国别省市：美国,US