已經(jīng)提出了基于逐層生成三維物體的增材制造系統(tǒng)作為生產(chǎn)三維物體的潛在的便利方式。這些系統(tǒng)通常接收物體模型形式的三維物體的定義。處理此物體模型以指示增材制造系統(tǒng)使用一個(gè)或多個(gè)構(gòu)建材料來生產(chǎn)物體。存在許多不同類型的增材制造系統(tǒng)。物體模型的處理可以基于增材制造系統(tǒng)的類型而變化。

附圖說明

將結(jié)合僅以示例的方式一起示出了本公開特點(diǎn)的所附附圖根據(jù)以下具體實(shí)施方式使得本公開的各種特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)變得明顯，并且其中：

圖1是根據(jù)示例的針對三維物體的生產(chǎn)生成控制數(shù)據(jù)的設(shè)備的簡化示意性圖示；

圖2是根據(jù)示例示出由設(shè)備操縱的數(shù)據(jù)的簡化示意性圖示；

圖3是根據(jù)示例示出針對三維物體的生產(chǎn)生成控制數(shù)據(jù)的方法的流程圖；

圖4是根據(jù)示例示出用于生成映射的方法的流程圖；

圖5A至圖5C是根據(jù)示例的用于構(gòu)建三維物體的層的方法的示意性圖示；

圖6是根據(jù)示例的增材制造系統(tǒng)的簡化的等距示圖；

圖7是根據(jù)示例示出操作增材制造系統(tǒng)的方法的流程圖；并且

圖8是根據(jù)示例的用于增材制造系統(tǒng)的控制器的簡化的示意性圖示。

具體實(shí)施方式

本文所述的特定示例提供了一種用于生成可用于生產(chǎn)三維物體的控制數(shù)據(jù)的設(shè)備和方法。本文所述的特定示例允許處理并使用具有各種期望的物體屬性的任意三維內(nèi)容以生成三維物體。這些物體屬性可以包括期望的材料屬性，諸如顏色、外觀屬性、和/或機(jī)械屬性。特別地，本文所述的特定示例提供了一種使用可用構(gòu)建材料以使得在生產(chǎn)的三維物體中實(shí)現(xiàn)期望的物體屬性的方案。此方案是靈活的；其可以用于實(shí)現(xiàn)單顏色和/或單材料物體以及多顏色和/或多材料物體兩者。

在特定示例中，處理表示三維物體的數(shù)據(jù)以生成物體的至少一部分的區(qū)域覆蓋表示。此表示是一個(gè)或多個(gè)構(gòu)建材料的概率分布。這些構(gòu)建材料可以具有定義的顏色并且因此作為一個(gè)或多個(gè)著色劑。在特定情況下，區(qū)域覆蓋表示將每個(gè)可用構(gòu)建材料的量、以及它們的組合、或?qū)盈B沉積(如果需要)確定為比例性區(qū)域覆蓋。這不同于使用構(gòu)建材料的離散表示的比較性系統(tǒng)。例如，在本文所述的特定情況下，物體模型數(shù)據(jù)內(nèi)的體素(voxel)的集合可以具有相關(guān)的區(qū)域覆蓋向量的集合。在簡單情況下，此類向量可以指示在三維空間中的給定位置處應(yīng)當(dāng)施加構(gòu)建材料的一個(gè)單元的X％，其中，應(yīng)當(dāng)留空(100－X)％。這不同于數(shù)據(jù)可以指示兩個(gè)離散狀態(tài)之一的比較性表示：應(yīng)當(dāng)施加一個(gè)構(gòu)建材料單元，或者不應(yīng)當(dāng)施加構(gòu)建材料單元。在本文所述的特定示例中，區(qū)域覆蓋表示隨后提供關(guān)于半色調(diào)處理的輸入，以生成可以由增材制造系統(tǒng)使用以生產(chǎn)三維物體的控制數(shù)據(jù)。

圖1示出了可以針對三維物體的生產(chǎn)生成控制數(shù)據(jù)的示例100。示例100示出了設(shè)備110。設(shè)備110包括接口120、圖像處理器130、分離生成器140、和半色調(diào)生成器150。設(shè)備110被布置為接收表示待生成的三維物體的數(shù)據(jù)160，并且處理所述數(shù)據(jù)，以生成用于生產(chǎn)三維物體的至少一部分的控制數(shù)據(jù)190。

在圖1的示例中，表示待生成的三維物體的數(shù)據(jù)160包括物體模型數(shù)據(jù)170和物體屬性數(shù)據(jù)180。物體模型數(shù)據(jù)170可以定義待生成的物體的至少一部分的三維模型。模型可以在三維坐標(biāo)系中定義物體的形狀和范圍，例如物體的實(shí)體部分。物體模型數(shù)據(jù)170可以由計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)應(yīng)用程序生成。物體屬性數(shù)據(jù)180定義關(guān)于待生成的三維物體的一個(gè)或多個(gè)期望的物體屬性。在一種情況下，物體屬性數(shù)據(jù)180可以包括關(guān)于待生成物體的至少一部分的顏色。物體屬性數(shù)據(jù)180可以額外地或可替代地包括關(guān)于待生成物體的至少一部分的其他期望的材料屬性?？梢岳珀P(guān)于待生成物體的整體來定義例如全局屬性數(shù)據(jù)之類的物體屬性數(shù)據(jù)180，或者關(guān)于待生成物體的一個(gè)或多個(gè)部分來定義例如局部屬性數(shù)據(jù)之類的物體屬性數(shù)據(jù)180。物體屬性數(shù)據(jù)180還可以用于定義關(guān)于物體的部分的多個(gè)物體屬性。除了顏色之外物體屬性可以包括例如柔性、彈性、剛性、表面粗糙度、多孔性、層間強(qiáng)度、密度等等，并且物體屬性可以取決于用于生成物體的構(gòu)建材料或試劑的類型。

圖1的設(shè)備110被布置為將表示待生成的三維物體的數(shù)據(jù)160轉(zhuǎn)換為柵格化表示，該柵格化表示隨后被轉(zhuǎn)換為區(qū)域覆蓋表示。對區(qū)域覆蓋表示進(jìn)行半色調(diào)化以生成控制數(shù)據(jù)190。

更詳細(xì)地，接口120被布置為接收表示待生成的三維物體的數(shù)據(jù)160。在特定情況下，接口可以被布置為以單個(gè)文件的方式接收物體模型數(shù)據(jù)170和物體屬性數(shù)據(jù)180；在其他情況下，接口可以被布置為以多個(gè)數(shù)據(jù)物體的方式接收物體模型數(shù)據(jù)170和物體屬性數(shù)據(jù)180中的一個(gè)或多個(gè)的一部分，其中物體模型數(shù)據(jù)170和物體屬性數(shù)據(jù)180跨多個(gè)相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分布。在一種情況下，物體模型數(shù)據(jù)170可以包括在三維空間中定義的體素。給定體素可以具有指示在該位置處是否存在待生成的物體的一部分的相關(guān)數(shù)據(jù)。如上所述，物體屬性數(shù)據(jù)180可以包括全局和局部物體屬性數(shù)據(jù)的一個(gè)或多個(gè)，例如在物體屬性數(shù)據(jù)180中定義的特定物體屬性值可以與定義物體的每個(gè)體素相關(guān)聯(lián)，和/或特定物體屬性值可以與體素的集合相關(guān)聯(lián)，該體素的集合的范圍例如從單個(gè)體素至與物體相關(guān)聯(lián)的所有體素。在一種情況下，表示三維物體的數(shù)據(jù)包括三維物體的模型，該三維物體模型具有在模型內(nèi)的每個(gè)位置處(例如在每個(gè)[x，y,z]坐標(biāo)處)指定的一個(gè)或多個(gè)材料屬性。

圖像處理器130被布置為從接口120接收物體模型數(shù)據(jù)170和物體屬性數(shù)據(jù)180。圖像處理器130被布置為處理至少物體模型數(shù)據(jù)170并且生成三維物體的至少一個(gè)平面的柵格化表示。例如，圖像處理器130可以被布置為生成三維物體的模型的平行平面的切片。每個(gè)切片可以定義將要由增材制造系統(tǒng)生產(chǎn)的構(gòu)建材料的相應(yīng)的層的一部分。在使用三維坐標(biāo)系(例如使用[x,y,z]坐標(biāo))的三維空間中，這些平行平面可以是平行于x和y軸線的平面的z切片。每個(gè)z切片可以包括具有一個(gè)或多個(gè)公共z坐標(biāo)并且沿x和y維度延伸的模型的部分。z切片的數(shù)目可以取決于在z維度中的細(xì)節(jié)的分辨率和/或一個(gè)或多個(gè)構(gòu)建材料的層的輸出分辨率。

在一種情況下，圖像處理器130被布置為輸出多個(gè)二維柵格物體，每個(gè)二維柵格物體表示在其中定義了物體的三維空間的平面。這些二維柵格物體中的每一個(gè)可以包括諸如位圖之類的圖像。在這種情況下，圖像處理器130被布置為將至少一個(gè)物體屬性值與柵格物體中的每個(gè)位置相關(guān)聯(lián)。例如，每個(gè)柵格物體可以包括在x和y維度中延伸的像素集合；每個(gè)像素可以隨后與至少一個(gè)物體屬性值相關(guān)聯(lián)。在一種情況下，每個(gè)像素可以與至少一個(gè)材料屬性相關(guān)聯(lián)。在材料屬性中的一個(gè)材料屬性定義顏色的情況下，該顏色可以是在顏色空間中定義的，顏色空間諸如：例如灰度之類的單色色調(diào)空間；紅、綠、藍(lán)(RGB)顏色空間；國際照明委員會(CIE)1931XYZ顏色空間，其中三個(gè)變量(“X”、“Y”和“Z”或三色激勵(lì)值)用于對顏色建模；CIE 1976(L*，a*，b*－CIELAB或“LAB”)顏色空間，其中的三個(gè)變量表示亮度(“L”)以及相對的顏色維度(“a”和“b”)；或者任何其他顏色空間或衍生的顏色空間。在這些顏色空間中的顏色值可以包括例如在預(yù)定義的值范圍內(nèi)的值之類的連續(xù)色調(diào)值。例如，在簡單情況下，RGB顏色值可以包括三個(gè)8位值；照此，每個(gè)紅色、綠色、和藍(lán)色值可以處于0至255的范圍內(nèi)。材料屬性可以被隱含地和/或明確地定義，并且可以包括以下項(xiàng)和其他項(xiàng)中的一個(gè)或多個(gè)：指示待使用的可用構(gòu)建材料的值；柔性值；彈性值；剛性值；表面粗糙度值；多孔性值；強(qiáng)度值；以及密度值。例如，直接或明確的定義的形式可以是“放置X％的材料Y，Z％的材料Q……”。間接或隱含的定義可以指定特定的材料屬性，例如X顏色或Y剛性，并且間接或隱含的定義可以需要映射至可用材料的明確組合。

仍然參照圖1，分離生成器140被布置為接收圖像處理器130的輸出，并且將由圖像處理器生成的柵格化表示映射至三維物體的平面的區(qū)域覆蓋表示。在特定情況下，分離生成器140可以被布置為接收如上所述的柵格物體。可以例如以表示物體的高度遞增的順序來逐個(gè)接收這些柵格物體，或者作為例如物體的所有切片的集合來接收這些柵格物體。在一種情況下，分離生成器140被布置為將材料屬性映射至材料區(qū)域覆蓋(Mac)向量。

Mac向量可以具有多個(gè)值，其中每個(gè)值定義關(guān)于三維物體的層的可尋址區(qū)域中的一個(gè)或多個(gè)材料(“原材料”或MP)的每個(gè)組合的比例。例如，在具有兩個(gè)可用材料M1和M2的增材制造系統(tǒng)中，可以在三維物體的層的可尋址區(qū)域中獨(dú)立地沉積每個(gè)材料，在給定Mac向量中存在2²(即，四個(gè))個(gè)比例：無M2的M1的第一比例；無M1的M2的第二比例；M1和M2層疊沉積的第三比例，例如M2沉積在M1之上或者反之亦然；以及缺少M(fèi)1和M2兩者的第四比例。在此情況下，Mac向量可以是[M1，M2，M1M2，Z]或具有示例性值[0.2，0.2，0.5，0.1]－即，在z切片中的給定位置[x，y]中，20％有M1而無M2，20％有M2而無M1，50％有M1和M2，以及10％是空的。因?yàn)槊總€(gè)值均是比例，并且值的集合表示可用材料組合，因此每個(gè)向量中的值的集合的總和必須為1或100％。

例如，在構(gòu)建材料已被著色的情況下，則可以確定Mac向量以生成選擇構(gòu)建材料組合，該選擇材料組合生成與供給的材料屬性(例如供給的RGB值)的匹配。此匹配可以隱含在映射中。

在圖1中，半色調(diào)生成器150被布置為從規(guī)格生成器140接收區(qū)域覆蓋表示，并且生成三維物體的平面的半色調(diào)表示。例如，如果每個(gè)區(qū)域覆蓋表示包括具有關(guān)于每個(gè)[x，y]像素的Mac向量的z切片，半色調(diào)生成器150則被布置為輸出關(guān)于像素的離散材料值的集合，其中跨z切片的區(qū)域的離散值表示區(qū)域覆蓋表示的集合的比例。結(jié)果，半色調(diào)生成器150以跨給定區(qū)域的區(qū)域覆蓋向量的形式分布概率的集合。在以上示例中，這些離散材料值可以包括[DM1,DM2]形式的離散材料值，其中DM1、DM2中的每一個(gè)是二進(jìn)制變量(例如具有0或1的值)。例如，如果在z切片的5乘2像素區(qū)域中，所有像素具有[0.2，0.2，0.5，0.1]的Mac向量值，則半色調(diào)生成器150可以被布置為輸出[1，0]，[1，1]，[1，1]，[0，0]，[0，1]以及[0，1]，[1，1]，[1，1]，[1，0]，[1，1]的離散材料值([DM1,DM2])。關(guān)于三維物體的一個(gè)或多個(gè)平面的半色調(diào)數(shù)據(jù)的形式的半色調(diào)生成器150的輸出形成了控制數(shù)據(jù)190的一部分。控制數(shù)據(jù)190可以用于根據(jù)給定增材制造系統(tǒng)生產(chǎn)三維物體的至少一個(gè)平面。例如，關(guān)于5乘2像素區(qū)域的離散材料值可以用于指示給定高度處的給定區(qū)域中的材料M1和M2中的一個(gè)或多個(gè)的沉積。在如下所述的圖5A至圖5C、圖6以及圖7的示例中，半色調(diào)生成器150的輸出可以包括關(guān)于聚結(jié)劑和聚結(jié)改性劑中的一個(gè)或多個(gè)的應(yīng)用的值。

圖2示出了可以由圖1的設(shè)備110應(yīng)用以針對三維物體的生產(chǎn)生成控制數(shù)據(jù)的方法。圖2示出了在三維空間中定義物體模型的物體模型數(shù)據(jù)170。在圖2中，將數(shù)據(jù)170解構(gòu)為三維物體的三個(gè)平面的柵格化表示201、202、203，例如模型的三個(gè)切片。如果物體模型數(shù)據(jù)170例如在定義三維原始物體的方面以向量形式定義三維物體，則可以獲取以向量形式表示的物體的截面，并且此截面可以轉(zhuǎn)換為柵格物體，例如具有像素值和相關(guān)屬性的定義。當(dāng)涉及顏色數(shù)據(jù)時(shí)，柵格物體也可以被稱為色調(diào)物體，這是因?yàn)槠浒甘具B續(xù)顏色變量的數(shù)據(jù)。在圖1的設(shè)備中，此處理由圖像處理器130執(zhí)行。

在圖2中，每個(gè)柵格化表示201、202、203具有對應(yīng)的物體屬性數(shù)據(jù)211、212、213?；诮邮盏降奈矬w屬性數(shù)據(jù)180生成與每個(gè)柵格表示相關(guān)聯(lián)的此類物體屬性數(shù)據(jù)211、212、213。如果物體屬性數(shù)據(jù)180包括關(guān)于每個(gè)[x，y，z]坐標(biāo)的材料屬性值，則階段210可以包括將此數(shù)據(jù)剖層(splitting)為關(guān)于與三個(gè)z切片中的每個(gè)切片相關(guān)聯(lián)的[x，y]坐標(biāo)的值。例如，在圖2中，三個(gè)平面中的每一個(gè)平面中的每個(gè)[x，y]坐標(biāo)具有一個(gè)或多個(gè)物體屬性值[OP1,OP2,…,OPn]，在其中還示出了顏色屬性[R,G,B]的示例。

在特定情況下，一個(gè)或多個(gè)材料屬性還可以根據(jù)三維物體的模型推得，例如在物體模型數(shù)據(jù)170中描述的。例如，一個(gè)材料屬性可以包括是否存在材料，例如在給定位置處是否采用材料填充物體或者其是否是中空的。額外地或可替代地，材料屬性可以獨(dú)立于物體模型數(shù)據(jù)170進(jìn)行定義。例如，材料屬性可以指示關(guān)于待生成物體中的所有位置的最小壁厚度或最小強(qiáng)度。此類材料屬性可以全局地定義(例如針對物體定義一個(gè)值)，和/或局部地定義(例如定義與物體的不同部分相關(guān)聯(lián)的不同值)。在接收到的物體屬性數(shù)據(jù)180并未被明確地映射至物體模型中給定位置的情況下，例如在全局定義的最小壁厚度的所述情形中，則在階段210處可以將物體屬性值映射至每個(gè)位置，例如可以將全局值指配至每個(gè)單獨(dú)的[x，y，z]位置。

在圖2中，在第二階段220，將物體屬性數(shù)據(jù)211、212、213映射(M)至對應(yīng)的區(qū)域覆蓋表示221、222、223。此映射可以由圖1的分離生成器140執(zhí)行。此映射可以包括獲取表示z切片的柵格物體并且通過柵格至分離處理傳遞柵格物體的預(yù)處理階段。此柵格至分離處理應(yīng)用任何存在的材料屬性約束。例如，這可以包括使在給定高度處的平面與根據(jù)物體模型數(shù)據(jù)的三維向量模型進(jìn)行交叉的處理－這產(chǎn)生在那個(gè)高度的物體的輪廓(也即二維)向量形狀。隨后在給定打印分辨率下柵格化。在此處理中，物體屬性可以起源于被包括的形狀的結(jié)果；例如，較薄的形狀可能需要不同的材料安排，內(nèi)部部分可以使用不同材料等。額外的物體屬性可以由定義的輸入產(chǎn)生；例如，表面的顏色可以轉(zhuǎn)而確定其他內(nèi)部元素的物體屬性。映射可以包括將關(guān)于物體屬性數(shù)據(jù)211、212、213的值輸入至查找表中并且檢索區(qū)域覆蓋表示以作為輸出。這可以關(guān)于柵格化表示中的每一個(gè)柵格化表示中的像素來執(zhí)行，例如其可以等價(jià)于映射與二維圖像中的多個(gè)像素相關(guān)聯(lián)的一個(gè)或多個(gè)值。可以分立地映射或者以組合處理的方式映射物體屬性數(shù)據(jù)211、212、213內(nèi)的關(guān)于顏色和材料屬性的值。在圖2中，關(guān)于z切片中的每個(gè)像素的[R，G，B]顏色值和一個(gè)或多個(gè)物體屬性值[OP1,OP2,…,OPn]被映射至Mac向量－[MP1,MP2,…,MPm]。此映射因此是多維映射。稍后參照圖4描述用于生成映射的示例性方法。

圖2中所示的第三階段230包括關(guān)于三維物體的平面中的每一個(gè)的半色調(diào)數(shù)據(jù)231、232、233。通過對第二階段220的區(qū)域覆蓋表示221、222、223應(yīng)用半色調(diào)化(HT)操作來生成半色調(diào)數(shù)據(jù)231、232、233。半色調(diào)化操作可以由圖1的半色調(diào)生成器150執(zhí)行。作為半色調(diào)化操作的一部分，可以考慮關(guān)于其他平面的區(qū)域覆蓋值。例如，還可以在z維度中映射按照切片的10％的區(qū)域覆蓋，以使得每10個(gè)切片重復(fù)進(jìn)行著色劑沉積和/或材料沉積。

半色調(diào)數(shù)據(jù)231、232、233的每個(gè)集合可以轉(zhuǎn)而用于設(shè)置關(guān)于三維物體的對應(yīng)的層的生產(chǎn)的控制數(shù)據(jù)190。在一種情況下，可以存在來自生產(chǎn)過程的動態(tài)反饋。例如，在生成半色調(diào)數(shù)據(jù)231之后，可以生產(chǎn)物體的第一層，例如與平面201相對應(yīng)的層。一旦生成了此層，和/或在生產(chǎn)期間，可以關(guān)于層來測量特定熱參數(shù)和/或成像參數(shù)。例如，這可以包括捕捉生產(chǎn)的層的紅外和/或可見范圍的圖像。這些測量的參數(shù)可以隨后用于關(guān)于物體的后續(xù)平面的映射和半色調(diào)化操作中的一個(gè)或多個(gè)。例如，如果層的可見光圖像例如由于在生產(chǎn)處理中所引入的變化而顯示不同于與該層相關(guān)聯(lián)的計(jì)算的區(qū)域覆蓋表示的區(qū)域覆蓋，則可以適當(dāng)?shù)匦薷年P(guān)于后續(xù)層的區(qū)域覆蓋表示和/或半色調(diào)數(shù)據(jù)，以滿足原始物體模型數(shù)據(jù)170和物體屬性數(shù)據(jù)180的要求。

圖3示出了針對三維物體的生產(chǎn)生成控制數(shù)據(jù)的方法300。方法300可以由設(shè)備110應(yīng)用，或者可以生成圖2中所示的數(shù)據(jù)?？商娲?，方法300可以獨(dú)立于圖1和圖2的特點(diǎn)來應(yīng)用。

在方框310處，獲得表示將要生成的三維物體的數(shù)據(jù)。此數(shù)據(jù)包括物體模型數(shù)據(jù)和物體屬性數(shù)據(jù)。在方框320處，根據(jù)獲得的數(shù)據(jù)生成表示三維物體的平面的柵格物體。在方框330處，將柵格物體映射至平面的區(qū)域覆蓋表示。區(qū)域覆蓋表示將平面中的給定位置處的物體屬性數(shù)據(jù)定義為在該位置處的可用物體屬性集合的一個(gè)或多個(gè)比例，例如定義為可用材料的概率分布。在方框340處，對區(qū)域覆蓋表示進(jìn)行半色調(diào)化，以針對三維物體的平面的生產(chǎn)生成控制數(shù)據(jù)350。這可以包括對關(guān)于待打印物體的切片的以單色、區(qū)域覆蓋方式定義的平面進(jìn)行閾值矩陣半色調(diào)化。如圖3中所示，方框320至340可以重復(fù)以生成用于物體的一系列平面的控制數(shù)據(jù)，該一系列平面例如是與待生成物體的層相對應(yīng)的一系列z切片。由方法300生成的控制數(shù)據(jù)350可以(按照每個(gè)平面)用于使用增材制造系統(tǒng)生產(chǎn)三維物體的層。

在特定情況下，關(guān)于平面的區(qū)域覆蓋表示包括材料區(qū)域覆蓋值，例如可以包括如上所述的Mac向量。例如，[K:0.2，Z:0.8]的區(qū)域覆蓋表示可以表示20％的一滴黑色材料以及80％保留空白，或者[K:0.1，W:0.1，Z:0.8]的區(qū)域覆蓋表示可以表示10％的一滴黑色材料，10％的透明或白色材料，以及80％的保留空白。在一個(gè)示例中，著色劑形式的黑色材料可以用于吸收能量并且照此在其所施加位置處固化構(gòu)建材料，例如可以用作聚結(jié)劑。在此情況下，可以將強(qiáng)度或剛性的材料屬性映射至黑色著色劑的區(qū)域覆蓋；高強(qiáng)度或高剛性可以被映射至100％的區(qū)域覆蓋，而低強(qiáng)度或低剛性可以被映射至20％的區(qū)域覆蓋。在半色調(diào)化之后，這將產(chǎn)生關(guān)于給定層中的位置的具有兩個(gè)離散狀態(tài)(黑色著色劑液滴或者沒有黑色著色劑液滴)之一的控制數(shù)據(jù)。然而，給定區(qū)域?qū)⒕哂信c區(qū)域覆蓋值匹配的黑色材料的分布，該給定區(qū)域在施加能量之后產(chǎn)生期望的材料屬性值。

在一種情況下，在方框340之后接收來自增材制造系統(tǒng)的反饋。在此情況下，重復(fù)進(jìn)行的生成320、映射330、和半色調(diào)化操作340中的一個(gè)或多個(gè)操作可以合并此反饋以修改得到的控制數(shù)據(jù)，以用于三維物體的后續(xù)平面。生成操作320、映射操作330、和半色調(diào)化操作340可以分別由圖1的圖像處理器130、分離生成器140、和半色調(diào)生成器150來實(shí)施。

圖4示出了可以用于生成在方框330中使用的映射的方法400。方法400還可以用于生成圖1的分離生成器140所使用的查找表。關(guān)于指定的增材制造系統(tǒng)執(zhí)行圖4的方法。

在方框410處，由增材制造系統(tǒng)生產(chǎn)多個(gè)測試物體。每個(gè)測試物體被定義為在測試物體的預(yù)定義位置處具有可用物體屬性的集合中的一個(gè)或多個(gè)預(yù)定義比例。例如，每個(gè)測試物體可以涉及給定的原材料。特別地，關(guān)于給定的原材料的測試物體的集合可以具有一范圍之內(nèi)的區(qū)域覆蓋值。例如，在使用黑色著色劑作為聚結(jié)劑的增材制造系統(tǒng)中，則黑色著色劑的存在(K)可以是MP，而黑色著色劑的缺乏(Z)也可以是MP:[K,Z]的Mac向量。因此，可以生成具有以下例如以10％區(qū)域覆蓋增長的0至100％的范圍的Mac向量的測試物體：[0，1]，[0.1，0.9]，[0.2，0.8]，[0.3，0.7]，[0.4，0.6]，[0.5，0.5]，[0.6，0.4]，[0.7，0.4]，[0.8，0.2]，[0.9，0.1]以及[1，0]。每個(gè)測試物體可以是設(shè)定的三維形狀，例如具有最小高度的預(yù)定義的長方形。高度可以設(shè)置為材料屬性的成功測量所要求的最小值。

在方框420處，確定每個(gè)三維測試物體的預(yù)定義位置處的一個(gè)或多個(gè)特征。這可以包括測量預(yù)定義位置處的材料屬性。例如，以顏色為例，可以采用分光光度計(jì)和光澤計(jì)中的一個(gè)或多個(gè)來對預(yù)定義位置進(jìn)行測量。在另一材料屬性情況下，可以使用材料測試，諸如用于測量抗張強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度的通用測試儀。測量的形式可以取決于被測量的物體屬性以及用于生成測試物體的構(gòu)建材料。

通過在每個(gè)三維測試物體的預(yù)定義的位置處確定一個(gè)或多個(gè)特征，在方框430處，基于測量的特征來確定三維物體的給定位置處的輸入物體屬性數(shù)據(jù)與給定位置處的可用物體屬性的集合中的一個(gè)或多個(gè)部分之間的映射。

在一種情況下，方框430包括基于一個(gè)或多個(gè)測量的特征來確定可用物體屬性的全部范圍，其中通過映射輸出的一個(gè)或多個(gè)比例處于該全部范圍內(nèi)。全部范圍可以是表示物體屬性的多維空間中的體積。例如，一個(gè)或多個(gè)測量的特征可以與用于生成測試物體的區(qū)域覆蓋值相關(guān)聯(lián)。如果測量的特征值的范圍與區(qū)域覆蓋值的對應(yīng)范圍相關(guān)聯(lián)，則可以推得特征與區(qū)域覆蓋之間的關(guān)系。例如，測量的抗壓強(qiáng)度可以是K MP值的線性或非線性函數(shù)。如果多個(gè)MP值用于生成測試物體，則這些關(guān)系可以是多維的。

在一個(gè)示例中，確定全部范圍可以包括基于一個(gè)或多個(gè)測量的特征確定可用物體屬性的初始全部范圍。在特定情況下，可能不能輸出物體屬性的全部范圍，例如增材制造系統(tǒng)的限制可以表示理論上可用的但實(shí)際上不可能的物體屬性，例如給定的剛性值。為了適應(yīng)材料限制，可以將該材料限制施加至初始全部范圍以確定可用物體屬性的有限全部范圍，其中可用物體屬性的有限全部范圍指示采用給定的增材制造系統(tǒng)可生產(chǎn)的物體屬性。例如，對于特定MP或者對于特定MP組合，可以存在最小和/或最大區(qū)域覆蓋值。如果使用油墨形式的著色劑，可以存在關(guān)于增材制造系統(tǒng)的總油墨限制。在特定情況下，可以應(yīng)用關(guān)于每個(gè)顏色的材料使用優(yōu)化。這可以包括計(jì)算最小和最大材料使用兩者并且例如以線性近似的方式組合它們，以得到關(guān)于任何顏色的區(qū)域覆蓋X。在特定情況下，可以由顏色變化可能的區(qū)域覆蓋的范圍。這可以導(dǎo)致關(guān)于全部范圍的約束，例如對可用顏色的約束。例如，如果給定的顏色必須覆蓋至少X1的區(qū)域覆蓋，但是應(yīng)當(dāng)覆蓋不多于X2的區(qū)域覆蓋，這可以用作約束的集合以確定增材制造系統(tǒng)的可用的顏色全部范圍。在特定情況下，材料“限制”可以定義為每單位面積的材料的最大量(例如重量)。如果材料具有公共重量，使得限制可以與顏色的最大區(qū)域覆蓋X2有關(guān)；如果并非如此，則一個(gè)或多個(gè)限制可以施加為關(guān)于全部范圍的一個(gè)或多個(gè)額外的約束。

在一種情況下，確定在三維物體的給定位置處輸入物體屬性數(shù)據(jù)與在該給定位置處的可用物體屬性的集合的一個(gè)或多個(gè)比例之間進(jìn)行映射包括生成查找表，該查找表具有作為輸入節(jié)點(diǎn)的物體屬性數(shù)據(jù)值以及作為輸出節(jié)點(diǎn)的可用物體屬性的集合的一個(gè)或多個(gè)比例。在此情況下，可以基于材料使用優(yōu)化來從可用物體屬性的全部范圍內(nèi)的值選擇輸出節(jié)點(diǎn)。例如，其中，可以關(guān)于以下項(xiàng)以及其他項(xiàng)來施加優(yōu)化：最小化材料使用；用于在可用材料之中分布材料的使用，例如關(guān)于成本或可用性；以及最小化或最大化諸如強(qiáng)度或表面粗糙度之類的特定物體屬性。優(yōu)化可以關(guān)于單個(gè)材料或者整體地對于一組可用材料兩者之一，由區(qū)域覆蓋進(jìn)行參數(shù)化。

圖5A至圖5C、圖6、和圖7涉及可以與之前所述的示例結(jié)合使用的示例性增材制造系統(tǒng)。此增材制造系統(tǒng)使用聚結(jié)劑和聚結(jié)改性劑。這些試劑允許三維物體具有變化的材料屬性。它們可以與一個(gè)或多個(gè)彩色構(gòu)建材料組合以生成具有變化的材料屬性的多色物體。盡管將特定的增材制造系統(tǒng)展示為示例，如上所述的設(shè)備和方法可以應(yīng)用于其他增材制造系統(tǒng)。這些系統(tǒng)包括選擇性激光燒結(jié)系統(tǒng)、立體光刻系統(tǒng)、噴墨系統(tǒng)、熔融沉積成型系統(tǒng)、任何三維打印系統(tǒng)、噴墨沉積系統(tǒng)、以及層疊物體制造系統(tǒng)，和其他系統(tǒng)。這些系統(tǒng)包括可以使用直接沉積構(gòu)建材料而不使用所述的那些各種試劑的系統(tǒng)。

圖5A至圖5C根據(jù)一個(gè)示例示出了構(gòu)建材料的層的一系列剖面500。在圖5A中，在合適的支撐組件(未示出)上提供構(gòu)建材料的第一層510。在一個(gè)示例中，提供的構(gòu)建材料的層的厚度在約90至110微米的范圍中，盡管在其他示例中可以提供構(gòu)建材料的更薄的或更厚的層。圖5A至圖5C的示例使用選擇性地被輸送至構(gòu)建材料的層510的表面的一個(gè)或多個(gè)部分的聚結(jié)劑520和聚結(jié)改性劑530。根據(jù)關(guān)于層的控制數(shù)據(jù)執(zhí)行試劑520和530的選擇性輸送。此控制數(shù)據(jù)可以是參照圖1至圖3中的任一個(gè)所述的控制數(shù)據(jù)190或350。選擇性輸送表示可以將聚結(jié)劑和聚結(jié)改性劑兩者以各自獨(dú)立的圖案的方式輸送至構(gòu)建材料的表面層的選擇的部分。這些圖案可以由Mac確定。例如，在一種情況下，聚結(jié)劑520可以包括諸如包括碳黑的油墨型劑型之類的黑色著色劑。聚結(jié)改性劑530可以包括防止構(gòu)建材料固化的任何試劑。例如，其可以包括包含固體的液體、鹽溶液、呈現(xiàn)合適的冷卻效應(yīng)的流體、合適的塑化劑、或表面張力改性劑。層510可以包括一個(gè)或多個(gè)構(gòu)建材料。這些構(gòu)建材料可以包括粉末的半晶熱塑性材料。它們還可以包括粉末的金屬材料、粉末的合成材料、粉末陶瓷材料、粉末的玻璃材料、粉末的樹脂材料、粉末的聚合物材料等等。

圖5B示出了輸送至構(gòu)建材料表面的試劑520和530例如在位置540和550處穿透至構(gòu)建材料的層510中。兩個(gè)不同試劑之間的試劑穿透程度可以不同，或者可以基本上相同。穿透的程度可以取決于增材制造系統(tǒng)的配置變化。

在試劑520和530穿透至層510中之后，短暫地施加預(yù)定義等級的能量。在一個(gè)示例中，施加的能量是紅外或近紅外能量，盡管在其他示例中，可以施加諸如可見光、微波能量、紫外(UV)光、鹵素光、超聲波能量等等之類的其他類型的能量。能源的施加時(shí)間長度和/或能源類型可以取決于增材制造系統(tǒng)的配置而變化。短暫地施加能量使得其上已經(jīng)輸送了聚結(jié)劑或者已經(jīng)穿透了的構(gòu)建材料的一部分540加熱至高于構(gòu)建材料的聚結(jié)點(diǎn)并且使構(gòu)建材料聚結(jié)。一旦冷卻，已經(jīng)聚結(jié)的部分變?yōu)楣虘B(tài)，并且形成正在生成的三維物體的一部分。在圖5C中以部分560示出了一個(gè)此類部分。在本示例中，其上已經(jīng)輸送了聚結(jié)改性劑或者聚結(jié)改性劑已經(jīng)穿透的構(gòu)建材料的部分550并未在施加能源之后聚結(jié)。在此示例中，這有助于減小橫向聚結(jié)滲漏效應(yīng)。這可以例如用于改進(jìn)物體邊緣或表面的清晰度或精度，和/或減小表面粗糙度。在另一示例中，可以以將可用于使得物體屬性被修改的聚結(jié)改性劑與聚結(jié)劑散布在一起的方式來輸送該聚結(jié)改性劑?？梢葬槍εc三維模型的后續(xù)z切片相關(guān)聯(lián)的構(gòu)建材料層重復(fù)圖5A至圖5C中所示的處理。

圖6根據(jù)示例示出了增材制造系統(tǒng)600的簡化等距視圖。此系統(tǒng)600可以用于應(yīng)用圖5A至圖5C中所示的處理。

系統(tǒng)600包括控制增材制造系統(tǒng)600的一般操作的系統(tǒng)控制器610。在此示例中，系統(tǒng)控制器610被布置為接收控制數(shù)據(jù)605。這可以包括涉及待生成的三維物體的一個(gè)或多個(gè)層的控制數(shù)據(jù)190和/或350。在圖6中，系統(tǒng)控制器610被布置為控制構(gòu)建材料分配器620、聚結(jié)劑分配器630、和聚結(jié)改性劑分配器640中的一個(gè)或多個(gè)的動作。在特定情況下，系統(tǒng)控制器610還被布置為控制一個(gè)或多個(gè)著色劑分配器。合適的構(gòu)建材料分配器可以包括例如刮刀和輥軸。還可以提供一個(gè)或多個(gè)額外的材料和/或試劑分配器。通過控制這些分配器，可以在支撐結(jié)構(gòu)650上或在之前沉積的層上沉積一個(gè)或多個(gè)構(gòu)建材料、一個(gè)或多個(gè)試劑、以及一個(gè)或多個(gè)著色劑。還提供向在支撐結(jié)構(gòu)650上沉積的層施加能量的能源670。能源可以向沉積的層施加均勻的水平的能量，和/或能源可以包括可尋址和/或可操縱的能源，諸如激光器。

在一種情況下，至少試劑分配器630和640可以包括諸如熱打印頭或壓電噴墨打印頭之類的打印頭。支撐結(jié)構(gòu)650和分配器620至640中的一個(gè)或多個(gè)可以被布置為在一個(gè)或多個(gè)維度中移動。照此，構(gòu)建材料、試劑、和/或著色劑可以以三維方式施加到可尋址位置。

圖7示出了用于可由增材制造系統(tǒng)600應(yīng)用的增材制造的方法700。在方框710處，提供構(gòu)建材料的層。在特定情況下，可以選擇性地沉積多個(gè)構(gòu)建材料。在方框720處，根據(jù)供給的控制數(shù)據(jù)向?qū)舆x擇性地施加一個(gè)或多個(gè)試劑。在方框730處，根據(jù)試劑的沉積施加能量以聚結(jié)層的選擇的部分。在特定情況下，在方框720和730中的一個(gè)或多個(gè)之后，可以沉積一個(gè)或多個(gè)其他材料。方法700可以關(guān)于多個(gè)層進(jìn)行重復(fù)以構(gòu)造三維物體。

關(guān)于圖5A至圖5C、圖6和圖7的示例，區(qū)域覆蓋值可以與一個(gè)或多個(gè)構(gòu)建材料、試劑、和/或著色劑的區(qū)域覆蓋相關(guān)聯(lián)。將材料屬性映射至區(qū)域覆蓋，區(qū)域覆蓋可以提供期望的熱消散，這產(chǎn)生合適的材料屬性。例如，在聚結(jié)劑是黑色著色劑的情況下，區(qū)域覆蓋值指示聚結(jié)劑的比例的使用，并且在施加能源時(shí)，施加至層的給定區(qū)域的聚結(jié)劑的比例產(chǎn)生不同的聚結(jié)水平，這轉(zhuǎn)而影響存在于層中的物體的部分的結(jié)構(gòu)和/或機(jī)械特征。類似的物體屬性諸如“中空”或“填充”可以被映射至聚結(jié)改性劑的比例，以及或者替代地映射至聚結(jié)劑的不同比例。

例如，在黑白情況下，其可以是“灰度”以用于指示單個(gè)K通道的覆蓋(％)，在另一實(shí)例中，其可以是RGB顏色，但是材料屬性被映射至指定節(jié)點(diǎn)－例如如果物體的內(nèi)部將要被填充，則可以使用“白”油墨(例如聚結(jié)改性劑)來處理物體的內(nèi)部，并且中空物體的邊界將總是必須具有從白至全彩色的X個(gè)像素的過渡。作為更普遍的示例，可以這樣定義物體：在特定的[x，y，z]位置處具有[RGB]顏色和[內(nèi)部/外部]屬性值(或其他類似的“改性”)。在此情況下，如果在[x，y，z]和彩色RGB處的改性劑是“內(nèi)部的”，則其被映射至特定Mac向量，如果改性劑是“外部的”，則Mac向量可以不同。這允許材料的智能操縱；例如，如果便宜材料是粗糙的，則可以配置映射以使得其不用在內(nèi)表面上而是用在物體的內(nèi)部中。這可以是這樣的情況：即使便宜材料具有顏色信息，但當(dāng)以特定距離定位至物體內(nèi)部時(shí)，可以看不到它。

本文所述的特定示例提供了用于在增材制造系統(tǒng)的環(huán)境中指定材料屬性和/或顏色的機(jī)制。特定示例使用映射階段，該映射極端使用區(qū)域覆蓋值和半色調(diào)化操作。這不同于單個(gè)著色劑被以一對一的方式直接映射至待打印物體的離散區(qū)域的比較性系統(tǒng)。這些比較性系統(tǒng)因此不允許材料屬性的過渡。

在一個(gè)示例中，在生成柵格化表示、映射柵格化表示、以及半色調(diào)區(qū)域覆蓋表示之前，可以確定三維物體的可見平面的集合。因此，在應(yīng)用圖3的方法之前，對可見平面的集合應(yīng)用半色調(diào)化。這使得物體的表面的顏色能夠被分立地處理?？梢砸愿綦x的方式對物體的表面進(jìn)行半色調(diào)化，并且在它們的階段中，將其維持為“邊緣”像素，而可以按照圖3的方法處理物體的內(nèi)部。在特定情況下，物體的內(nèi)部的顏色可以影響表面顏色，在此情況下它們實(shí)現(xiàn)垂直于表面平面的區(qū)域覆蓋。在此情況下，確定物體的可見平面或位置可以獲知材料屬性，例如獲知在給定位置處的優(yōu)先顏色或者光潔度/粗糙度。照此，其可以形成柵格至分離處理的一部分以定義一位置處的材料屬性。

如本文所述的特定系統(tǒng)和方法適用于單個(gè)顏色和/或材料處理。在這些情況下，可以考慮單個(gè)著色劑和/或材料的區(qū)域覆蓋。通常，本文所述的特定系統(tǒng)和方法提供以“連續(xù)”方式組合材料的能力，例如提供用于打印顏色和/或其他材料屬性過渡的能力。特定系統(tǒng)和方法使得能夠?qū)o定平面上的區(qū)域覆蓋進(jìn)行控制。在特定情況下，可以在給定平面集合之上共同優(yōu)化材料分隔，例如跨多個(gè)z切片。在特定情況下，系統(tǒng)和方法使得能夠直接控制特定平面或z切片的材料的量。能夠以連續(xù)、線性的方式在預(yù)計(jì)算的材料的最小和最大材料使用優(yōu)化之間動態(tài)地過渡。特定系統(tǒng)和方法使得能夠相互組合或分立地考慮顏色和其他材料屬性。例如，區(qū)域覆蓋向量可以與應(yīng)用于著色劑一樣等同地應(yīng)用于在不同比例下組合各種材料。這提供了權(quán)衡材料屬性和顏色的能力。例如，對于區(qū)域覆蓋和著色劑使用范圍的給定集合，可以使用第一全部范圍。通過變化范圍，可以使用不同的全部范圍。特定系統(tǒng)和方法還提供用于動態(tài)地控制區(qū)域覆蓋和著色劑或材料使用兩者的能力，例如在由于真實(shí)的熱圖分析或形變而需要調(diào)整各水平的閉環(huán)反饋系統(tǒng)中。

如本文所述的特定方法和系統(tǒng)可以由處理從非暫時(shí)性存儲介質(zhì)檢索到的計(jì)算機(jī)程序代碼的處理器來實(shí)施。圖8示出了包括聯(lián)接至處理器820的機(jī)器可讀存儲介質(zhì)840的控制系統(tǒng)810的示例800。在特定情況下，控制系統(tǒng)810可以包括計(jì)算機(jī)；在其他情況下，控制系統(tǒng)可以包括嵌入式計(jì)算裝置，例如適用于控制增材制造系統(tǒng)的計(jì)算裝置。機(jī)器可讀介質(zhì)840可以是可以包含、存儲、或維持程序和數(shù)據(jù)以由指令執(zhí)行系統(tǒng)使用或與指令執(zhí)行系統(tǒng)組合使用的任何介質(zhì)。機(jī)器可讀介質(zhì)可以包括許多諸如例如電子、磁性、光學(xué)、電磁、或半導(dǎo)體介質(zhì)之類的物理介質(zhì)中的任意一種。合適的機(jī)器可讀介質(zhì)的更具體示例包括但不限于硬盤驅(qū)動、隨機(jī)訪問存儲器(RAM)、只讀存儲器(ROM)、可擦除可編程只讀存儲器、或便攜式盤碟。在圖8中，機(jī)器可讀存儲介質(zhì)包括用于實(shí)施控制器850的程序代碼，這可以實(shí)施圖1的設(shè)備110、圖6的系統(tǒng)控制器610、或者圖3、圖4和圖7方法中的任一方法。附圖的部件諸如圖1中所示的那些可以由普通處理系統(tǒng)實(shí)施，和/或可以包括專用硬件模塊和/或軟件模塊。在特定情況下，機(jī)器可讀存儲介質(zhì)還可以包括一個(gè)或多個(gè)映射，例如分離生成器140使用的查找表，該查找表可以是頻譜分離查找表的形式。

已經(jīng)展示了之前的說明書以說明和描述所述原理的示例。該說明書并非旨在窮舉這些原理，或者并非將這些原理限制于所公開的任何具體的形式。根據(jù)以上教導(dǎo)許多修改和變化是可能的。