用于确定多对象构建作业中打印材料粉末量的方法和系统技术方案

用于确定用于在多对象打印作业的构建室中3D打印对象的打印材料粉末量的系统和方法。接收关于以下的数据：对象的3D模型、对象的体积和表面、关于粉末的厚度的数据、构建室的特征、非构建区域的体积和净构建区域的体积、可回收间隙粉末的体积的估计、打印材料的粉末密度和固体密度以及回收率。确定以下量：对象周围的粉末层的体积、膨胀对象贡献、由于膨胀对象而使用的粉末量、非构建区域中的损失粉末量、净构建区域中的损失粉末量、膨胀对象对总损失粉末量的贡献以及所需的打印材料量。损失粉末量的贡献以及所需的打印材料量。损失粉末量的贡献以及所需的打印材料量。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于确定多对象构建作业中打印材料粉末量的方法和系统


[0001]本公开内容大体上涉及计算机辅助设计、可视化和制造(“CAD”)系统、产品生命周期管理(“PLM”)系统、产品数据管理(“PDM”)系统和管理产品和其他项目的数据的类似系统(统称为“产品数据管理”系统或PDM系统)。更具体地说，本公开内容涉及与增材制造或三维(“3D”)打印相关的系统。

技术介绍

[0002]在其他类型的增材制造技术中，粉末床3D打印技术通常用于生产与零件的3D模型数据不同的定制塑料零件。
[0003]粉末床3D打印技术的示例包括但不限于多射流熔融(MJF，Multi Jet Fusion)技术和选择性激光烧结(SLS，Selective Laser Sintering)技术。MJF和SLS技术用于使用优质热塑性材料制造高质量塑料零件，该优质热塑性材料通常基于聚酰胺，也称为尼龙12。这两种技术都是通过逐层对聚酰胺粉末颗粒进行热熔(也称为烧结)来发挥作用，以根据提供的3D模型获得固体零件。
[0004]MJF技术和SLS技术的主要区别在于它们的热源，MJF打印使用墨作为熔剂来促进红外光的吸收，并且SLS打印使用激光扫描和熔合每个粉末截面。
[0005]SLS打印机在封闭并且温度可控的加热构建室中打印。托盘平台(也称为床)在构建室内在垂直z轴上移动，其中材料粉末通过称为涂覆机的辊逐层沉积。室的顶部处的激光设备发射光束，通过镜子引导该光束以在粉末的顶层绘制掩模。光束施加能量并选择性地烧结粉末，或者换句话说，它通过加热颗粒将打印材料阶段从粉末改变为固体。在逐层地将每层烧结后，粉末托盘平台在z轴上略微下降，另一层粉末通过涂覆机扩散，并且然后激光束再次激活，使得在先前打印层的顶部生成额外的固体层。逐层重复该过程，直到零件完成。
[0006]利用MJF技术，将能量吸收剂选择性地施加至顶部粉末层，然后顶部粉末层的表面暴露于来自上方的热量中，使得收集热能以将打印材料阶段从粉末改变为固体。
[0007]在打印过程结束时，将装满粉末的容器从打印机中取出。打印的零件隐藏在容器内并且然后在拆包站与粉末分离。一定比率的“熟”粉末在与新鲜粉末按制造商确定的一定回收率混合后可以重复使用。例如，制造商可以推荐回收率R
recycle
作为新粉末的重量与用过的粉末的重量之间的比率。
[0008]粉末床打印技术的优点是非烧结粉末用于支撑打印零件，使得与其他打印技术不同，不需要特殊的支撑结构。
[0009]与其他打印技术相比，粉末床MJF和SLS打印技术的另一个主要优势是以下能力：通过经由嵌套集将多个零件安装在打印室的边界内来在一个构建作业中制造多个零件，使得可以利用容器的整个高度。
[0010]在本领域中，确定在多零件打印作业中制造单个零件所需的3D打印材料量是重要任务。
[0011]典型地，需要用于估计用于打印单个零件的打印粉末量的这样的技术以提供足够可靠的结果，而不会导致过于复杂的数学计算。事实上，虽然关于单个给定零件的3D模型的数据可能是已知的，但通常情况下，同一构建作业中的其他零件的几何形状和数量通常还不知道。
[0012]在本领域中，用于预测用于在多零件打印作业中打印单个零件的粉末量的已知且使用的技术依赖于基于粉末密度和单个零件的体积和/或零件边界框的体积的计算。
[0013]不幸的是，这样的已知技术提供了预测结果，这样的预测结果特别地由于聚合物固体密度远高于聚合物粉末密度的事实并且还由于在一个打印作业中制造的其他若干零件通常是未知的并且可能在几何形状和尺寸上不同的事实而不可靠。
[0014]因此，期望改进技术。

技术实现思路

[0015]各种公开的实施方式包括用于确定用于在多对象打印作业的构建室中3D打印对象的打印材料粉末量的方法、系统和计算机可读介质。该方法包括接收关于对象的3D模型的数据；其中，3D模型数据至少包括用于确定对象的体积和表面的数据。该方法还包括接收关于在打印期间粘附在对象周围的粉末层的厚度的数据。被其粉末层包围的被打印对象在下文中被称为膨胀对象。该方法还包括接收关于构建室的特征的数据。室特征数据至少包括用于确定非构建区域的体积和净构建区域的体积的数据、用于确定多对象净构建区域中可回收间隙粉末的体积的估计的堆积密度数据。该方法还包括接收关于打印材料的粉末密度和固体密度的数据。该方法还包括接收关于粉末的回收率的数据。该方法还包括基于对象3D模型数据和粉末层厚度数据来确定对象周围的粉末层的体积。该方法还包括基于膨胀对象的体积与净构建的体积之间的比率来确定膨胀对象贡献。该方法还包括基于固体密度、对象体积、粉末密度和粉末层体积来确定由于膨胀对象而使用的粉末量。该方法还包括基于回收率、粉末密度和非构建区域的体积来确定非构建区域中的损失粉末量。该方法还包括基于回收率、粉末密度和可回收间隙粉末的体积来确定净构建区域中的损失粉末量。该方法还包括基于膨胀对象贡献以及非构建区域和净构建区域两者中的损失粉末量来确定膨胀对象对总损失粉末量的贡献。该方法还包括基于由于膨胀对象而使用的粉末量以及膨胀对象对总损失粉末量的贡献来确定3D打印对象所需的打印材料量。
[0016]前述内容已经相当广泛地概述了本公开内容的特征和技术优点，使得本领域的技术人员可以更好地理解下面的详细描述。下文将描述形成权利要求的主题的本公开内容的附加特征和优点。本领域的技术人员将理解，他们可以容易地使用所公开的构思和具体实施方式作为修改或设计用于实现本公开内容的相同目的的其他结构的基础。本领域的技术人员还将认识到，这样的等效结构不会脱离本公开内容的最广泛形式的精神和范围。
[0017]在进行以下具体实施方式之前，阐述本专利文件中各处使用的某些词或短语的定义可能是有利的：术语“包括”和“包含”以及它们的派生词意指包括但不限于；术语“或”是包容性的，意指和/或；短语“相关联”和“与之相关联”以及它们的派生词可以意指包括、被包括在内、相互连接、包含、被包含在内、连接到或与之相连、耦接到或与之耦接、可与之通信、与之合作、交错、并列、接近、绑定到或与之绑定、具有、具有
……
的属性等；以及术语“控制器”意指控制至少一个操作的任何设备、系统或其部分，无论这样的设备是以硬件、固件、
软件或它们的至少两个的某种组合来实现的。应当注意，与任何特定控制器相关联的功能可以是集中式的或分布式的，无论是本地的还是远程的。本专利文件中各处提供了某些词和短语的定义，并且本领域的普通技术人员将理解，这样的定义在许多(如果不是大多数)实例中适用于这样定义的词和短语的先前以及未来使用。虽然一些术语可以包括各种各样的实施方式，但所附权利要求可以明确地将这些术语限制到特定的实施方式。
附图说明
[0018]为了更完整地理解本公开内容及其优点，现在参照以下结合附图的描述，其中，相同的附图标记指示相同的对象，并且在附图中：
[0019]图1示出了其中可以实现实施方式的数据处理系统的框图；...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于通过数据处理系统确定用于在多对象打印作业的构建室中3D打印对象的打印材料粉末量的方法；所述方法包括以下步骤：a)接收关于所述对象的3D模型的数据；其中，3D模型数据至少包括用于确定所述对象的体积和表面的数据；b)接收关于在打印期间粘附在所述对象周围的粉末层的厚度的数据；其中，被其粉末层包围的被打印对象在下文中被称为膨胀对象；c)接收关于所述构建室的特征的数据；其中，室特征数据至少包括用于确定非构建区域的体积和净构建区域的体积的数据、用于确定多对象净构建区域中可回收间隙粉末的体积的估计的堆积密度数据；d)接收关于打印材料的粉末密度和固体密度的数据；e)接收关于所述粉末的回收率的数据；f)基于所述对象的3D模型数据和所述粉末层的厚度数据来确定所述对象周围的所述粉末层的体积；g)基于所述膨胀对象的体积与所述净构建的体积之间的比率来确定膨胀对象贡献；h)基于所述固体密度、所述对象的体积、所述粉末密度和所述粉末层的体积来确定由于所述膨胀对象而使用的粉末量；i)基于所述回收率、所述粉末密度和所述非构建区域的体积来确定所述非构建区域中的损失粉末量；j)基于所述回收率、所述粉末密度和所述可回收间隙粉末的体积来确定所述净构建区域中的损失粉末量；k)基于所述膨胀对象贡献以及所述非构建区域和所述净构建区域两者中的损失粉末量来确定所述膨胀对象对总损失粉末量的贡献；l)基于由于所述膨胀对象而使用的粉末量以及所述膨胀对象对总损失粉末量的贡献来确定3D打印所述对象所需的打印材料量。2.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤f)中，通过计算所述对象的表面积与所述粉末层的厚度之间的乘积来确定所述对象周围的所述粉末层的体积。3.根据权利要求1或2所述的方法，还包括以下步骤：基于所确定的3D打印所述对象所需的打印材料量来确定打印所述对象的成本。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，3D打印基于MJF技术或SLS技术。5.一种数据处理系统，所述数据处理系统包括：处理器；以及可访问存储器，所述数据处理系统特别地被配置成：a)接收关于所述对象的3D模型的数据；其中，3D模型数据至少包括用于确定所述对象的体积和表面的数据；b)接收关于在打印期间粘附在所述对象周围的粉末层的厚度的数据；其中，被其粉末层包围的被打印对象在下文中被称为膨胀对象；c)接收关于所述构建室的特征的数据；其中，室特征数据至少包括用于确定非构建区域的体积和净构建区域的体积的数据、用于确定多对象净构建区域中可回收间隙粉末的体积的估计的堆积密度数据；
d)接收关于打印材料的粉末密度和固体密度的数据；e)接收关于所述粉末的回收率的数据；f)基于所述对象的3D模型数据和所述粉末层的厚度数据来确定所述对象周围的所述粉末层的体积；g)基于所述膨胀对象的体积与所述净构建的体积之间的比率来确定膨胀对象贡献；h)基于所述固体密度、所述对象的体积、所述粉末密度和所述粉末...

【专利技术属性】
技术研发人员：加尔，
申请(专利权)人：西门子工业软件有限公司，
类型：发明
国别省市：