對增材制造中支撐件的建造的改進或者關于增材制造中支撐件的建造的改進的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種用于生成待在利用逐層增材制造過程建造物體中使用的幾何數據的方法和設備。該方法包括：提供界定該物體的物體數據；從該物體數據識別該物體的在該增材制造工藝期間待被支撐的表面的一個或多個區域；以及對于該區域或者每個區域，識別將提供為該區域提供支撐的一個或多個支撐結構并且生成在該區域內的支撐件的布置。該布置的每個支撐件相對于該布置的其它支撐件的支撐位置得自該支撐結構的位置。
【專利說明】
對増材制造中支撐件的建造的改進或者關于増材制造中支撐件的建造的改進
技術領域
[0001]本發明涉及對增材制造中的支撐件的建造的改進或者關于增材制造中的支撐件的建造的改進，在增材制造中，通過借助諸如激光束或者電子束的能量束固化材料來逐層制造物體。
【背景技術】
[0002]在諸如選擇性激光熔融(SLM)或者選擇性激光燒結(SLS)的增材制造工藝中，通過利用諸如激光束或者電子束的聚焦高能量束來固結諸如粉末材料之類的材料而逐層地建造物體。在SLM或者SLS中，連續的粉末層被沉積在建造平臺上并且聚焦激光束掃描過每層的與正被建造的物體的橫截面對應的部分，使得在激光掃描的點處的粉末被固結。為了將物體錨定就位并且為了防止或者至少減少物體的變形(諸如卷曲)，在建造期間，已知的是建造從建造平臺向物體的下表面延伸的相同材料的支撐件。為了便于在物體已建造完畢之后從支撐件移除物體，期望的是將支撐件的數量保持到最小。然而，太少的支撐件或者不適當定位的支撐件的使用將導致物體變形。
[0003 ]已知的是以預定模式建造支撐件，諸如在物體下方延伸的一組等間隔的縱向支撐件。在US5943235中公開了這樣的布置的示例，其中被認為需要支撐的區域被填充有設置模式的支撐件。支撐件的模式被施加到區域中的每層，該區域由總體數據和用于給定層的物體數據之間的差來限定，總體數據從針對該給定層上方的所有層的物體數據的布爾并集來確定。
[0004]由Marcam Engineering售賣的AutoFab是自動地設計用于待在增材制造工藝中建造的物體的支撐件的軟件。該軟件能夠在待被支撐的區域3的邊緣的周圍生成大體上連續的支撐件I (所謂的“邊緣支撐件”)并且利用設定的模式的支撐件2(所謂的“區域支撐件”)填充其間的區域，如圖1所示。在AutoFab中，當支撐件1、2被限制為直線時，對于具有彎曲邊緣的區域，邊緣支撐件I可以包括位于每個支撐件I之間的小間隙。還可以將邊緣支撐件I從邊緣向內間隔開特定的距離(如圖2所示)，或者可以提供柱形支撐件(如圖3所示)。
[0005]期望的是利用充分支撐區域3所需要的最小數量的支撐件來支撐區域3，這是因為支撐件的數量越大，將越難以在建造結束時將物體與支撐件分離。利用大體上連續的邊緣支撐件I和/或通過設定的模式的支撐件2大量填充區域的中心不旨在使支撐區域所需要的支撐件的數量最佳。具體地，區域的邊緣周圍的大體上連續的支撐件I可以為該邊緣提供比需要更多的支撐件。此外，區域支撐件2的模式可以提供比用于該區域的其它區域(例如區域B)的邊緣更靠近用于該區域的一些區域(諸如區域A)的邊緣的支撐件。因而，設定區域支撐件的模式的間隔使得泛式支撐件(flood support)充分地支撐區域的所有區域可能會導致用于支撐該區域的一些區域(諸如區域A)的太多的支撐件。

【發明內容】

[0006]根據本發明的第一方面，提供了一種生成幾何數據的方法，該幾何數據將在利用逐層增材制造工藝建造物體時使用，該方法包括:
[0007]提供界定該物體的物體數據，從該物體數據識別該物體的待在該增材制造工藝期間被支撐的表面的一個或多個區域，并且考慮到該區域已被支撐的方式來生成用于支撐該區域的支撐件的布置。
[0008]該方法可以包括對于該區域或者每個區域，識別將為該區域提供支撐的一個或多個支撐結構并且在該區域內生成支撐件的布置，其中該布置的每個支撐件相對于該布置的其它支撐件的支撐位置得自該支撐結構的位置。
[0009]因而，布置支撐件的此方法考慮到已為該區域提供的支撐。因而，支撐件可以被生成為不重復其位置已被識別出的支撐結構的支撐功能，該支撐結構諸如物體的支撐該區域的部分和/或用于支撐該區域的支撐件(諸如邊緣支撐件、區域支撐件或者用戶定位支撐件)。這樣的方法可以使得支撐件的模式取決于區域的邊界的形狀(并且可能取決于邊界的線段是否由物體的底面部分支撐)和/或邊緣支撐件的位置，并且可以產生該區域上的支撐件的不規則模式。
[0010]支撐件的布置可以通過如下方式生成:識別被認為待由該布置的支撐件支撐的區域的排除區，并且識別在區域內且在排除區之外的用于布置的另外的支撐件的位置。支撐件的布置可以通過以順次的方式識別用于布置的每個支撐件的位置來生成，其中對于每個支撐件，排除區基于已針對布置的支撐件識別出的位置來確定，并且用于支撐件的位置在該區域內并且在排除區之外被識別。用于布置中的支撐件的位置可以以該方式被識別直到滿足一個或多個終止標準。
[0011]區域的范圍可以從以下的線來確定，在該線處，物體的表面被認為從自支撐過渡到非自支撐。表面的一些部分是否被認為是自支撐的，可以取決于表面與垂面的角度。表面從預設定的自支撐閾值角以上或以下分別過渡到自支撐角的以下或以上時所在的線可以限定區域的邊界。在其中表面由多個多邊形(諸如三角形)界定的情況下，邊界可以由相鄰的多邊形的共用線段來界定，其中對于每個線段，相鄰的多邊形中的一個界定自支撐閾值角以下的表面并且相鄰的多邊形中的另一個界定在支撐閾值角以上的表面。該區域可以由自支撐閾值角以下的多邊形來界定。自支撐閾值角可以由用戶預設定并且取決于材料。自支撐閾值角可以是45度。
[0012]區域的邊界可以包括未被支撐和/或被支撐線段的折線。被支撐線段是區域的邊界被認為在建造期間由物體的已被建造的部分充分地支撐的線段。未被支撐線段是區域的邊界被認為在建造期間未由物體的已被建造的部分充分地支撐的線段。該方法可以包括確定邊界的線段是被支撐線段還是未被支撐線段。確定線段是否被充分地支撐可以包括評估物體的一個或多個幾何屬性，這可以取決于建造期間物體的取向。
[0013]例如，確定線段是否被充分地支撐可以包括確定線段正下方的部分的表面是否與垂面成支撐閾值角以下的角度，例如15度以下的角度。支撐閾值角可以由用戶選擇并且可以取決于材料。即使表面的角度在支撐閾值角以上，如果線段和在支撐閾值角以下的表面之間的距離和/或區域在閾值距離和/或閾值區域以下，則線段仍然可以認為被充分地支撐。這可考慮到如果包括支撐閾值角以下的表面的物體的短跨度小于閾值距離和/或如果該區域在閾值區域以下，則該跨度是自支撐的。另外，閾值距離和/或閾值區域可以由用戶設定并且可以取決于材料。
[0014]確定區域的線段是否為未被支撐線段可以包括確定在該線段正下方的部分的表面是否例如因為該表面與垂面成支撐閾值角以上的角度而被認為并未充分地支撐線段。
[0015]該方法可以包括對于該區域或者每個區域識別區域的邊界的一個或多個未被支撐線段并且基于該一個或多個未被支撐線段的位置生成支撐件的布置，諸如用于支撐該一個或多個線段的邊緣支撐件的布置。該方法還可以包括在由邊緣支撐件定界的區域內生成區域支撐件的布置，其中每個區域支撐件相對于其它區域支撐件的位置得自包括邊緣支撐件的支撐結構的位置。
[0016]該方法可以包括對于每個區域識別該區域的邊界的一個或多個被支撐線段并且生成用于支撐該區域的支撐件的布置，該布置基于該被支撐線段或每個被支撐線段的位置。邊緣支撐件和/或區域支撐件的位置可以基于被支撐線段的位置。支撐件的該布置或者每個布置均可以通過將每個支撐件間隔開遠離該被支撐線段或每個被支撐線段至少設定距離來確定。排除區可以基于被支撐線段的位置來確定，并且用于邊緣支撐件和/或區域支撐件的位置可以基于排除區來識別并且可以優選地識別為在排除區之外。
[0017]每個支撐件在布置內的相對位置可以直接或間接地得自支撐結構的位置。例如，區域支撐件在布置內的相對位置可以僅相對于相鄰的區域支撐件來確定，但是相鄰的區域支撐件中的至少一個的相對位置可以已經至少部分地從其它支撐結構(諸如邊緣支撐件和/或支撐線段)的位置而直接地被確定。這樣，區域支撐件的相對位置可以間接以及直接地得自支撐結構的位置。這與支撐件的預設定模式不同，在支撐件的預設定模式中，支撐件在模式內的相對位置被預設定(即使模式的絕對位置可以受邊緣支撐件的位置/區域的邊界影響)。
[0018]布置的每個支撐件的位置可以從支撐件的距布置在區域內的其它支撐件的距離來確定。支撐件的位置可以被確定成使得區域內沒有分解點距支撐件比預設定距離遠。生成支撐件的布置可以包括重復地確定區域內的一組分解點距已識別出的支撐件的位置的距離，并且基于所確定的距離識別用于在分解點處的另一支撐件的位置，直到滿足一個或多個終止標準。該一個或多個終止標準可以包括區域中沒有分解點離支撐件或支撐線段超過預設距離的標準。由支撐件支撐的區域的范圍可以逼近支撐件周圍的設定距離。因而，通過基于距其它支撐件的距離識別用于支撐件的位置，允許選擇位置，該位置避免或者減少重復由其它支撐件提供的支撐功能。
[0019]將理解的是，“分解點”是指區域上的針對其確定距支撐件的距離的點。分解點的數量將取決于所設定的用于分析的分辨率。分辨率可以由用戶選擇。所選擇的分辨率可以是處理速度和支撐件的放置精度之間的平衡。
[0020]可以在該區域上生成具有規則模式的節點(頂點)網格(諸如方形網格)(至少在從一個方向觀察諸如鳥瞰時)，并且針對網格的每個節點計算距最近的支撐件的距離。支撐件的定位可以包括重復地將支撐件定位在節點處并且至少針對受到影響的節點重新計算距最近支撐件的距離。每個支撐件均可以位于這樣的節點處，該節點距其最近的支撐件最遠距離。支撐件可以被生成直到每個節點距其最近的支撐件的距離在閾值以下時為止。閾值可以由用戶設定并且可以取決于諸如待用于建造物體的材料等因素。將理解的是，節點和最近的支撐件之間的距離可以不是沿著物體的表面的距離，而可以是在二維平面中節點之間的距離，諸如與建造物體在其上被建造的建造板平行的平面。
[0021]此生成支撐件的方法允許支撐件的布置基于區域的二維表示，并且可以得到比利用基于物體的三維表示的算法更快的處理。此外，不必將物體切分成區段以確定支撐件的位置，從而允許支撐件的自動生成從確定待在增材制造工藝中建造的層的切分操作脫離開。
[0022]該方法可以包括識別邊緣支撐件的位置，使得邊緣支撐件以與該未被支撐線段或每個未被支撐線段的形狀對應的模式布置。該方法可以包括識別每個邊緣支撐件的位置，使得相鄰的邊緣支撐件定位成分開預確定距離。
[0023]邊緣支撐件的布置可以通過識別位于一個或多個未被支撐線段的折線處或者靠近該折線處的邊緣支撐件的位置來生成。邊緣支撐件的布置可以通過識別被認為將由布置的一個或多個邊緣支撐件支撐的區域的排除區并且識別在該區域內并且在該排除區之外的用于布置的另外的邊緣支撐件的位置來生成。邊緣支撐件的布置可以通過以順次的方式識別用于布置的每個邊緣支撐件的位置來生成，其中對于每個邊緣支撐件，基于已針對布置的邊緣支撐件識別出的位置來確定排除區，并且在區域內且在排除區之外識別用于邊緣支撐件的位置。用于布置中的邊緣支撐件的位置可以以該方式被識別，直到滿足一個或多個終止標準。一個或多個終止標準可以包括包含整個折線的邊緣支撐件的排除區。
[0024]邊緣支撐件可以足夠靠近折線定位成使得折線落于針對邊緣支撐件確定的排除區內。排除區可以基于由用戶設定的預設距離。每個邊緣支撐件的位置均可以被識別成使得該邊緣支撐件的中心從折線嵌入邊緣支撐件的厚度的至少一半。
[0025]支撐件可以是在支撐件與待被支撐的區域相接的點處具有橫截面大體上是規則多邊形(優選地是圓)橫截面的“點”支撐件。這樣的支撐件構形可以適用于區域支撐件，這是因為相信這樣的點支撐件將具有用于支撐區域的這些中心區的充分強度。邊緣支撐件可以是點支撐件(與區域支撐件一樣)，或者是線支撐件。線支撐件可以是直的或者可以是彎曲的，并且可以具有與區域的邊界的未被支撐線段的形狀對應的形狀。線支撐件相對于點支撐件可以提供增大的強度，并且可能更好地抵抗由于在建造期間在物體中產生的應力而施加于支撐件上的力。
[0026]該方法可以包括首先確定邊緣支撐件的布置，然后基于針對邊緣支撐件識別的位置來確定區域支撐件的布置。
[0027]由該方法所確定的支撐件的布置可以是支撐件的規則或非規則模式，并且將取決于待被支撐的區域的形狀。
[0028]支撐件可以包括一個或多個用戶定位的支撐件。邊緣支撐件和/或區域支撐件的布置可以考慮到用戶定位的支撐件的位置來確定，并且可以基于針對用戶定位的支撐件而識別的排除區來確定。
[0029]一旦已經確定該區域中的支撐件的布置，則可以生成用于每個支撐件的三維形狀。
[0030]根據本發明的第二方面，提供了一種生成幾何數據的方法，該幾何數據將在利用逐層增材制造工藝建造物體時使用，該方法包括:提供界定該物體的物體數據;將物體切分成在增材制造工藝中作為層建造的區段，識別待被支撐的物體的區域并且基于形成區域的至少一部分的其中一個區段的邊緣的位置來選擇區域內的用于支撐件的場所。
[0031]這樣，能夠考慮到建造的成層段和每層伸出到前面的層的程度來提供支撐件。
[0032]幾何數據可以包括在增材制造工藝期間待被建造的支撐件的定義。該方法可以包括在幾何數據中界定待在增材制造工藝中接連地建造的支撐件的層。因而，與準備幾何數據的常規方法不同，物體中的層和支撐件中的層在分離的工藝中被界定，這是因為支撐件的位置在物體中的層已被識別之后被識別。因而，該方法可以包括依次執行下列步驟:接收描述物體的物體數據;修改物體數據以界定待在逐層增材制造工藝中接連地建造的物體的層;基于以數據界定的物體的層來以數據界定用于支撐物體的支撐件；以及界定待在逐層增材制造工藝中接連地建造的支撐件中的層。
[0033]用于支撐件的場所可以基于其中一個區段的伸出邊緣距下部區段的邊緣的距離來確定。
[0034]不需要為每個層提供支撐件以避免變形。因而，與支撐件連接的層(所謂的“被支撐層”)可以分布在不連接到支撐件的層(所謂的“未被支撐層”)之間。支撐層之間的未被支撐層的數量可以基于由那些層形成的物體的部分的形狀而改變。例如，可能需要為物體的如下區段提供更大數量的被支撐層(并且因此，被支撐層之間的更小數量的未被支撐層):相比于在建造期間具有建造與水平面成陡峭角的面向下表面的區段，該區段在建造期間具有與水平面成更小角度的面向下表面。因而，被支撐層之間的未被支撐層的數量可以基于在建造由這些層形成的面向下表面期間與水平面的傾斜角度來選擇。該方法可以包括僅針對與水平面成閾值角以下的面向下表面來識別支撐件的位置。
[0035]根據本發明的第三方面，提供了一種設備，該設備包括布置成執行本發明的第一方面或第二方面的方法的處理單元。
[0036]處理器可以是增材制造機的部件。
[0037]根據本發明的第四方面，提供了一種數據載體，該數據載體上存儲有指令，當由處理執行時這些指令使得該處理器執行本發明的第一或第二方面的方法。
[0038]本發明的以上方面的數據載體可以是用于提供向機器提供指令的合適介質，諸如非瞬態數據載體，例如軟盤、CD ROM,DVD ROM/RAM(包括-R/-RW和+R/+RW)、HD DVD、藍光(TM)光盤、存儲器(諸如存儲棒(TM)、SD卡、快閃記憶卡等)、磁盤驅動器(諸如硬盤驅動器)、磁帶、任何磁性/光學存儲裝置或者瞬態數據載體，諸如線或光纖上的信號或者無線信號，例如通過有線或無線網絡發送的信號(諸如因物網下載、FTP傳輸等)。
[0039]根據本發明的第五方面，提供了一種建造物體的方法，包括通過執行本發明的第一方面或者第二方面的方法生成幾何數據，然后基于該幾何數據利用增材制造工藝建造物體。
[0040]根據本發明的第六方面，提供了一種根據本發明的第五方面制造的三維物體。
[0041]根據本發明的第七方面，提供了一種經由根據本發明的第五方面制造的支撐件連接到基板的三維物體。
【附圖說明】
[0042]圖1至圖3是根據現有技術的方法生成的支撐件布置的示例；
[0043]圖4示出了根據本發明的實施方式的增材制造機；
[0044]圖5是待被建造的物體的截面圖，示出了不需要支撐的區域和需要如根據本發明限定的支撐件的區域；
[0045]圖6是由一系列鋪嵌三角形限定的物體的透視圖，該物體具有施以陰影以幫助識別的需要支撐的區域；
[0046]圖7示出了需要支撐的區域的平面圖和根據本發明的實施方式的圍繞該區域的邊緣支撐件的放置的示意代表圖；
[0047]圖8至圖13示出了生成根據本發明的實施方式的區域支撐件的布置的進展；
[0048]圖14是示出了識別用于根據本發明的一個實施方式的支撐件的位置的方法的流程圖；以及
[0049]圖15是示意地示出了根據本發明的另一實施方式的支撐件的位置如何被識別的物體的截面圖。
【具體實施方式】
[0050]圖4示出了典型的選擇性激光熔融設備101。該設備界定了建造室102，在該建造室內制造三維部件103，并且該設備包括可下降的建造平臺104，三維部件103被支撐在該建造平臺上。建造室102還容納有粉末分配和涂覆設備(未示出)，該粉末分配和涂覆設備用于將粉末層155涂撒在建造平臺的表面上。光學模塊106(容納在建造室的內部或者外部)包括可操縱的光學器件，用于將由激光器105產生的激光束118輸送到粉末層上的所選擇位置，以將粉末固結在這些位置，從而建造物體。建造平臺104布置成可在建造缸117的孔內下降，這允許在物體103由連續的粉末層建造的情況下，頂部粉末層的表面在機器內保持在基本相同的平面中。建造平臺104結合建造支撐件104b和建造板104a，建造板104a以可移除的方式固定到建造支撐件104b，在物體103的形成期間該物體能夠被銷定到建造板104a。
[0051]該設備還包括處理器108，處理器108用于控制光學模塊106中的可操縱的光學器件、激光器105以及粉末分配和涂撒設備，并且用于降下建造平臺。處理器108基于存儲在存儲器185中的幾何數據來控制光學器件，使得該物品(物體加支撐件)是根據幾何數據中所描述的來建造的。因而，幾何數據包括關于待被建造的物體以及待與物體同時被建造的支撐件的數據，支撐件防止物體在建造期間變形。幾何數據還界定在增材制造工藝中的每個階段處待被建造的固結層，以形成物體和支撐件。該幾何數據可以從諸如計算機、存儲棒之類的合適源上載。
[0052]現在參照圖5至圖14，將描述根據本發明的實施例生成幾何數據的方法。提供物體數據，諸如從外部源輸入的呈CAD數據格式的物體的三維表示圖。CAD數據可以被轉換成數據格式，諸如標準曲面細分語言(STL)，其僅將物體的表面幾何形狀描述成一組經細分的三角形，而不具有可在CAD數據中描述的物體的其它特性，諸如顏色、紋理等。
[0053]然后用戶或者計算機相對于期望的建造方向取向物體。取向的選擇可以取決于許多因素，諸如使建造期間可能發生的應力最小化和建造的時間。通常取向將是相對因素之間的折衷。
[0054]在物體取向之后，可以設計在建造期間用于支撐物體的面向下的表面的支撐件。支撐件的位置可以以完全自動的方式完成或者可以結合用于支撐件的位置的自動識別和手動識別。
[0055]為了自動地生成支撐件106，計算機首先在301處識別物體的在選擇性的激光熔融工藝期間被認為不需要添加支撐件的自支撐區域和物體的在選擇性的激光熔融工藝期間被認為需要添加支撐件的非自支撐區域，以防止該區域在建造期間變形。區域是否被認為是自支撐的可以取決于由用戶設定的參數并且可以針對不同的建造而不同。例如，區域是否是自支撐的可以取決于以下參數，諸如用于建造的材料、激光器功率、暴露時間、斑點距離、掃描速度和斑點直徑。然而，在該實施例中，用戶設定到垂面的自支撐閾值角，在自支撐閾值角以下的區域被認為是自支撐的。例如，可以選擇自支撐閾值角是45度的角。
[0056]圖5示出了包括被支撐區域205a至205d和未被支撐區域206a至206c的物體204的截面圖。未被支撐區域206a至206c的范圍(邊界)由以下的線來界定:在該線處，表面從處于自支撐閾值角以下的角過渡到自支撐閾值角以上的角。例如，在圖5中，示出了閾值點207a至207e和208。
[0057]一旦已識別出待被支撐的區域，則可以確定形成每個區域的邊界的線段是否由物體的在這些線段之下的部分充分地支撐(所謂的“被支撐線段”)。在該實施例中，如果線段正下面的表面與垂面成支撐閾值角以下的角，則線段被識別為被支撐線段。支撐閾值角可以由用戶設定并且是取決于材料的。例如，支撐閾值角將通常為大約15度。
[0058]閾值點207a至207e是沿著未被支撐線段的點，因為表面206a、205c、206b和206c與垂面成支撐閾值角以上的角，而點208是沿著被支撐線段的點，因為表面205d與垂面成小于支撐閾值角的角。
[0059]如圖5中所示的，由于雙重角標準，因此可能具有區域205c，其不需要支撐但被認為不提供用于點(諸如207b)的支撐，這是因為表面205c處于在自支撐角閾值以下但是在支撐角閾值以上的角度Θ。
[0060]參照圖6，在此實施方式中，從用于界定物體的三角形209識別非自支撐區域。算法遍歷三角形209來搜索違反了自支撐角閾值(例如，這可以通過查看三角形的法線相對于垂面的角來完成)的三角形209a至209d。違反角度標準的三角形(諸如209d)被標記區域ID，在圖6中由01和02示出。一旦三角形209c已被發現違反角度標準，則檢查相鄰的三角形以確定它們是否也違反角度標準。如果相鄰的三角形(諸如209c)確實違反了角度標準，則該三角形被標記相同的區域ID。此過程被重復直到該區域的所有相鄰的三角形都被發現滿足角度標準。例如，區域01僅延伸得與三角形209c和209d—樣遠，這是因為四個相鄰的三角形(示出了其中的三個209e至209g)滿足角度標準。搜索剩下的三角形209，并且如果另外的三角形(諸如209a和209b)被發現違反了角度標準，則這些三角形被標記不同的區域ID，諸如02。當所有三角形209都已經被檢查時，該過程結束。
[0061]每個完全不同的區域01、02是待生成用于其的支撐件的區域。
[0062]在步驟302中，識別每個區域01、02的線段207&、20713、207(3和208。需要支撐的區域的邊界是沿著界定該區域的三角形邊緣行進的線段207a、207b、207c和208的封閉折線。一旦已發現線段207a、207b、207c和208，則對于每個線段207a、207b、207c和208，確定該線段是被支撐線段208還是未被支撐線段207a、207b、207c。該確定是通過以下作出的:通過識別雖共用該線段但不是該區域的一部分的相鄰的三角形209e、209f、209g并且通過識別相鄰的三角形是否在與其共用該線段的三角形之下以及該三角形的平面與垂面所成的角度是否在支撐閾值角之下。因此，在圖6中，三角形209e被認為是用于線段208的支撐三角形，而三角形209f和209g不是用于線段207a、207b、207c的支撐三角形。因而，線段208被確定為是被支撐線段，而線段207a、207b和207c被認為是未被支撐線段。使用相同的分析，區域02的線段207d至207g都被確定為是未被支撐線段。
[0063]從以上的描述可以理解的是，不需要支撐的表面并不必需提供用于上方表面的足夠的支撐。為此，存在單獨的角度標準來確定區域是否需要支撐和該區域的邊界的線段是否被充分地支撐。
[0064]現在將參照圖7描述用于生成用于區域的邊緣支撐件的布置的方法。在303處針對由未被支撐線段207形成的每個折線來識別用于邊緣支撐件211的位置。基于未被支撐線段207的位置和針對邊緣支撐件的給定的設定間隔d來識別用于邊緣支撐件的位置。設定間隔d可以由用戶來定義。邊緣支撐件還距任何被支撐線段208—設定距離(諸如設定間隔d)被定位。
[0065]首先，基于區域206的一個被支撐線段208/每個被支撐線段208的位置而針對區域206確定排除區/區域210。排除區是區域206的在距支撐線段的距離d內的區部。距離d可以在水平面內被測量而不是沿區域的表面被測量。當在沿著未被支撐線段207的折線的方向(如由箭頭表示)移動時，用于第一邊緣支撐件211a的位置在排除區210的邊緣處的未被支撐線段207a上識別或者從該未被支撐線段207a略微嵌入。沿著折線前進的方向基于“卷繞順序”，該卷繞順序是指區域相對于前進方向的位置(左或者右)。在該實施方式中，卷繞順序是將該區域保持到右側。
[0066]對于該邊緣支撐件211a生成排除區213，并且當沿著未被支撐線段207的折線在經指定卷繞方向上繼續移動時，用于另一邊緣支撐件211b的位置在該排除區213的邊緣處沿著未被支撐線段207a被識別或者從該未被支撐線段207a略微嵌入。用于邊緣支撐件211的位置繼續沿著由未被支撐線段207a、207b、207c形成的折線以該方式被識別。從邊緣支撐件211c能夠看出，邊緣支撐件之間的間隔是基于二維點距離而不是基于沿著折線的距離。這樣，實現邊緣支撐件的適當密度。
[0067]最后的邊緣支撐件和被支撐線段之間的間隔(在未被支撐線段的開放折線的情況下)或者最后的邊緣支撐件和第一邊緣支撐件之間的間隔(在未被支撐線段的封閉折線的情況下)可以為不是設定間隔d的間隔。在該實施方式中，如果確定了下一個邊緣支撐件212將位于被支撐線段208/第一邊緣支撐件21 Ia的0.5d內，則決定邊緣支撐件212不應被設置在該位置并且用于沿該折線確定邊緣支撐件的位置的算法被終止。然而，如果用于邊緣支撐件212的所識別位置距被支撐線段/第一邊緣支撐件比0.5d還遠，則該位置被識別為適用于邊緣支撐件212。因而，折線的最后的邊緣支撐件可以位于被支撐線段/第一邊緣支撐件的0.5d至1.5d內。
[0068]對于未被支撐線段207的所有折線都以該方式確定用于邊緣支撐件的位置。
[0069]每個邊緣支撐件211還被給予用于偏移和對準方向性支撐件的取向。在該實施方式中，對于給定的邊緣支撐件位置，該取向是豎直z軸線和連接兩個相鄰的邊緣支撐件的線的叉積。該支撐件基于所確定的取向而偏移和/或對準。每個邊緣支撐件均可以從未被支撐線段偏移邊緣支撐件與物體相接之處的邊緣支撐件的半徑。每個支撐件與物體相接之處的支撐件的半徑/寬度可以小于支撐件的更低部分的半徑/寬度，這是因為該支撐件可以朝向接近物體的端部成尖端，以提供當從物體移除支撐件時能夠更容易斷裂的削弱/脆弱部。
[0070]如果用戶認為這是適當的或者需要的，則用戶還可以通過手動識別位置來生成另外的邊緣支撐件。
[0071]參照圖8至圖13，一旦邊緣支撐件211的位置已被識別出，則在304處橫穿每個未被支撐表面206生成節點網格214(這在圖8的放大部分中被最清楚地示出)。節點網格是水平面中的2-D網格在未被支撐表面206上的投影。因而，基于表面與水平線之間的角度，該表面上的節點之間的距離可以與水平面中的節點之間的距離不同。與三維空間中的處理相比，基于二維網格確定區域支撐件的位置簡化了處理。
[0072]在步驟305中，基于節點距支撐結構的距離生成用于每個節點的值，該支撐結構諸如為定界區域206和邊緣支撐件211(其位置已經在區域206上被識別出)的支撐線段208。在圖8中，未示出被支撐線段。圖8中的放大部分示出了邊緣支撐件的位置211和基于每個節點距邊緣支撐件211的距離針對該節點計算出的值。圖8的未放大部分示出了給予節點的值作為橫穿未被支撐表面的熱圖，其中淺色指示距支撐件較遠的“熱”區域，并且深區域指示距支撐件較近的“冷”區域。
[0073]—旦用于每個節點的值已被確定，則在306確定是否任何節點具有在節點和支撐件之間的最大可允許間隔(限定排出區)以上的值。最大可允許間隔可以由用戶設定并且可以得自指定用于邊緣支撐件的設定間隔d。
[0074]例如，最大可允許間隔可以是d/2。如果一個或多個節點具有大于最大可允許間隔的值，則在307在具有距現有的支撐件并且(如果存在)距支撐線段的最大距離的節點處指定用于區域支撐件的位置。圖9中示出此步驟，其中在未被支撐表面的中央識別用于區域支撐件的位置，并且圖9的熱圖示出了基于將區域支撐件定位在該位置而重新確定的用于節點的值。
[0075]這些步驟被重復直到所有節點均具有最大可允許距離以下的值。在308處，在該點處算法被終止。圖9至圖13示出了算法的進展，其中正在被識別用于區域支撐件的位置并且基于支撐件的新識別出的位置重新計算節點值。(應注意，針對每個圖9至圖13溫標變化)。從圖13能夠看出，每個區域支撐件和其相鄰的區域支撐件之間的間隔近似相同，沒有哪個區域支撐件定位得距其它支撐件更近或更遠，以使得每個支撐件均提供相當的支撐功能。這樣，避免了多余的支撐或者太少的支撐。
[0076]節點寬度能夠通過由用戶選擇節點寬度來改變。選擇較小的節點寬度可以提高區域支撐件的放置精度，而選擇較大的節點寬度可以提高確定區域支撐件的位置的處理速度。在該實施方式中，用戶被限制為選擇比節點和支撐件之間的最大間隔小的節點寬度，諸如節點間隔的50 %或以下，并且優選地為節點間隔的10 %或以下。
[0077]對于邊緣支撐件和區域支撐件，通過將支撐件向下沿豎直z方向投影直到其與物體的另一部分或者基板相接，借此確定支撐件的遠離被支撐的表面206的端部的位置(終止點)。然而，將理解的是，除了豎直支撐件，還可以使用其它支撐結構，諸如將支撐件固結到樹狀結構中，諸如US5595703中所述的。
[0078]一旦支撐件已被設計出，則支撐件可以被切分以界定待在增材制造工藝中建造的層，并且為每個切片確定掃描路徑。幾何數據接著被傳送到增材制造設備100的存儲器185。在建造期間，設備上的處理器108讀取指示并且適當地控制激光器105和光學器件106以根據以幾何數據界定的掃描路徑以逐層的方式來建造物體和支撐件。
[0079]在建造之后，將物體從機器移除并且將支撐件從物體切除。
[0080]現在將參照圖15描述本發明的另一實施方式。在圖15中，物體的區域是否待被支撐是基于為物體確定的層(切片)417。在將描述物體的STL文件處理成指令以驅動增材制造機程期間，從STL文件中描述的幾何物體來確定在增材制造工藝期間待被固化的連續層417。對于每個伸出層417’，確定從層417’的伸出邊緣至下面的層的邊緣的距離L。如果距離L大于閾值距離(由圖15中的箭頭指示)，則層417’被識別為需要支撐的層417’。在圖15中，層406a、406b的伸出部分滿足設置支撐件的標準，而層405不滿足該標準。因此可以根據以上針對第一實施方式所述的方法針對每個層417’設計支撐件。支撐件可以針對每個層417’被單獨地確定或者層417’可以被一起成組為區域，諸如成組為406a的層，針對由該組界定的區域來確定支撐件。該方法可以避免在建造期間存在大的未被支撐區域(當定位支撐件時不考慮分層結構可能發生這種情況)。
[0081]在不脫離如本文所限定的發明的情況下，可以對以上所述的實施方式進行改變和修改。例如，節點網格可以包括另一規則的平鋪，諸如三角形或者六角形網格。
【主權項】
1.一種生成建造幾何數據的方法，該幾何數據將用于建造物體，該物體是使用逐層增材制造工藝而建造，所述方法包括: 提供界定所述物體的物體數據，根據所述物體數據來識別將在所述增材制造工藝期間被支撐的所述物體的表面的一個或多個區域;以及 對于所述區域或者每個區域，識別將為所述區域提供支撐的一個或多個支撐結構，在所述區域內生成支撐件的布置，其中根據所述支撐結構的位置來得出所述布置的每個支撐件相對于所述布置的其它支撐件的支撐位置。2.根據權利要求1所述的方法，其中，每個支撐件在所述布置內的相對位置直接或間接地根據所述一個或多個支撐結構的位置而得出。3.根據權利要求2所述的方法，其中，所述布置的每個支撐件的位置根據所述支撐件距布置在所述區域內的其它支撐件的距離來確定。4.根據權利要求2或權利要求3所述的方法，其中，確定所述布置的每個支撐件的位置使得所述支撐件位于距相鄰的支撐件的預設距離之外。5.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其中，生成支撐件的布置包括，重復地確定所述區域內的一組分解點距已被識別出的所述支撐件的位置的距離，并且基于所確定的距離識別用于所述布置的在分解點處的另一支撐件的位置，直到滿足一個或多個終止標準。6.根據權利要求5所述的方法，其中，所述一個或多個終止標準包括這樣的標準:所述區域中沒有分解點離其中一個支撐件或者所述一個或多個支撐件結構超過預設距離。7.根據前述權利要求中任一項所述的方法，包括針對每個區域識別所述區域的邊界的一個或多個未被支撐的線段并且基于所述未被支撐線段的位置識別用于邊緣支撐件的布置的位置。8.根據權利要求7所述的方法，其中，所述邊緣支撐件以對應于所述未被支撐線段或者每個未被支撐線段的形狀的模式布置。9.根據權利要求8所述的方法，包括識別用于每個邊緣支撐件的位置，使得相鄰的邊緣支撐件被安置成分開預定距離。10.—種生成建造幾何數據的方法，該幾何數據將用于建造物體，該物體是使用逐層增材制造工藝而建造，所述方法包括: 提供界定所述物體的物體數據，根據所述物體數據來識別將在所述增材制造工藝期間被支撐的所述物體的表面的一個或多個區域;以及 對于所述區域或者每個區域，生成支撐件的布置，其中生成支撐件的布置包括識別被認為將由所述布置的支撐件支撐的所述區域的排除區，并且識別在所述區域內且在所述排除區之外的用于所述布置的另外的支撐件的位置。11.根據權利要求10所述的方法，其中，通過以順次的方式識別用于所述布置的每個支撐件的位置而生成支撐件的所述布置，其中，對于每個支撐件，基于已針對所述布置的支撐件識別出的位置確定排除區，并且在所述區域內且在所述排除區之外識別用于所述支撐件的位置。12.根據權利要求10或權利要求11所述的方法，其中，支撐件的所述布置是邊緣支撐件的布置，這些邊緣支撐件的位置在所述區域的邊界的一個或多個未被支撐線段的折線處或者靠近該折線處而被識別。13.根據權利要求12所述的方法，其中，所述邊緣支撐件被安置成足夠接近所述折線，使得所述折線落于所述邊緣支撐件的所述排除區內。14.根據權利要求13所述的方法，其中，識別每個邊緣支撐件的位置以使得所述邊緣支撐件的中心從一個未被支撐線段處嵌入所述支撐件的厚度的至少一半。15.根據前述權利要求中任一項所述的方法，包括，對于每個區域，識別所述區域的邊界的一個或多個被支撐線段，其中，支撐件的所述布置是基于所述被支撐線段或者每個被支撐線段的位置的。16.—種生成建造幾何數據的方法，該幾何數據將用于建造物體，該物體是使用逐層增材制造工藝而建造，所述方法包括: 提供界定所述物體的物體數據，根據所述物體數據識別將在所述增材制造工藝期間被支撐的所述物體的表面的一個或多個區域;以及 對于每個區域，識別所述區域的邊界的一個或多個被支撐線段，并且生成用于支撐所述區域的支撐件的布置，所述布置基于所述被支撐線段或者每個被支撐線段的位置。17.根據權利要求16所述的方法，其中，通過將每個支撐件與所述被支撐線段或者每個被支撐線段間隔開至少設定距離，來確定支撐件的所述布置或者每個布置。18.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其中，識別待被支撐的區域包括識別具有這樣邊界的區域:在該邊界處，所述物體的表面從預設定的自支撐閾值角以上過渡到自支撐角以下。19.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其中，確定所述區域的線段是未被支撐線段還是被支撐線段包括確定在所述線段的正下方的部分的表面是否處于與垂面成支撐閾值角以下的角度。20.—種在其上存儲有指令的數據載體，該指令當由處理器執行時使得所述處理器執行權利要求1至19中任一項所述的方法。
【文檔編號】B29C67/00GK106029343SQ201480075674
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2014年12月16日
【發明人】伊恩·安斯沃思, 杰弗里·大衛·雷納, 邁克爾·約瑟夫·麥克利蘭, 拉姆庫馬爾·瑞瓦努爾, 本·伊恩·費拉爾
【申請人】瑞尼斯豪公司