專利名稱：用于構(gòu)建具有薄壁區(qū)域的三維對象的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用分層沉積系統(tǒng)從計算機輔助設(shè)計(CAD)模型制 造三維(3D)對象。具體地，本發(fā)明涉及用于修改CAD模型的薄壁 區(qū)域的幾何形狀的方法。
背景技術(shù)：
分層沉積系統(tǒng)用于通過將可流動構(gòu)建材料沉積在x-y平面中的基 底上來以逐層的方式從CAD模型(例如STL數(shù)據(jù))構(gòu)建3D對象。 將構(gòu)建材料沉積為來自可移動沉積頭的路線的序列，其中所沉積的路 線固化至之前沉積的構(gòu)建材料。然后沿著z軸(與x-y平面垂直)增 加沉積頭相對于基底的位置，并且重復(fù)該過程多次以形成類似CAD 模型的3D對象。
在計算機控制下根據(jù)表示3D對象的構(gòu)建數(shù)據(jù)來執(zhí)行沉積頭相對 于基底的移動。通過將3D對象的CAD模型分片為多個水平的分片層 來獲得構(gòu)建數(shù)據(jù)。每一個分片層典型地包括定義分片層的幾何形狀的 一條或者更多折線。由以線性段互連的多個主頂點來定義每一條折線， 其中每一個主頂點是x-y平面中表示一對線性段之間的角度偏轉(zhuǎn)點的 坐標(biāo)點?；谶@些折線，主機然后生成一個或者更多工具路徑，用于 針對每一個分片層來沉積構(gòu)建材料的路線。
CAD模型典型地能夠比分層沉積系統(tǒng)所能夠再現(xiàn)的更加詳細地 描述3D對象的幾何形狀。因此，CAD模型可以包括在構(gòu)建操作期間 創(chuàng)建不期望結(jié)果(如過度填充的條件)的幾何形狀。可以導(dǎo)致過度填 充條件的一個特定幾何形狀是薄壁區(qū)域，其中3D對象的壁厚落入大 于單一工具路徑的寬度但小于一對相鄰工具路徑的組合寬度的范圍
內(nèi)。因此，需要在用分層沉積系統(tǒng)構(gòu)建3D對象時修改薄壁區(qū)域的幾 何形狀以減少創(chuàng)建過度填充條件的風(fēng)險的技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種用于修改三維對象的CAD模型的方法。該方法 包括建立閾值壁寬并提供CAD模型的分片層的至少一條折線，其
中，所述至少一條折線包括第一部分和第二部分。該方法還包括確
定所述第一部分和第二部分之間的第一距離，以及在所述第一距離小 于閾值壁寬的情況下調(diào)整所述第一和第二部分的位置以提供第二距 離，其中，所述第二距離約等于所述閾值壁寬或大于所述閾值壁寬。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的用于構(gòu)建3D對象的組件的前視圖。
圖2是具有薄壁區(qū)域的CAD模型的分片層的示意圖。
圖3是根據(jù)本發(fā)明的用于從CAD模型構(gòu)建3D對象的方法的流程圖。
圖4是用于修改折線的幾何形狀的方法的流程圖，該折線包含創(chuàng) 建潛在過度填充條件的薄壁區(qū)域。
圖5A-5K是圖2所示的分片層的薄壁區(qū)域的示意圖，示意了圖4
所示的用于修改折線的幾何形狀的方法的操作。
圖6A-6C是分片層的形成會聚尖峰的備選薄壁區(qū)域的示意圖，進 一步示意了圖4所示的方法。
圖7是用于修改布置在兩條或者更多折線之間的薄壁區(qū)域的幾何 形狀的方法的流程圖。
圖8是用于從CAD模型構(gòu)建3D對象的方法的流程圖，該CAD
模型包含比單一路徑寬度更窄的薄壁區(qū)域。
圖9是用于從CAD模型構(gòu)建3D對象的方法的流程圖，該CAD 模型包含創(chuàng)建潛在過度填充條件的薄壁區(qū)域和/或比單一路徑寬度更 窄的薄壁區(qū)域。
具體實施例方式
圖1是根據(jù)本發(fā)明的用于構(gòu)建3D對象的組件10的前視圖。組件IO包括分層沉積系統(tǒng)12、控制器14、以及主機16，其中，分層沉積系統(tǒng) 12是用于使用分層沉積技術(shù)來構(gòu)建3D對象的系統(tǒng)。用于分層沉積系統(tǒng) 12的合適系統(tǒng)包括將構(gòu)建材料的路線進行沉積，以逐層方式構(gòu)建3D對 象的系統(tǒng)，如基于擠壓的分層沉積系統(tǒng)(例如，由Stratasys,Inc.，Eden Prairie, MN開發(fā)的融合沉積建模系統(tǒng))。
如圖所示，分層沉積系統(tǒng)12包括構(gòu)建腔18、沉積頭20以及基底22。 構(gòu)建腔18是包含沉積頭20和基底22在內(nèi)的、用于以所提供的構(gòu)建材料 來構(gòu)建3D對象(稱作3D對象24)的構(gòu)建環(huán)境。控制器14基于主機16 提供的構(gòu)建數(shù)據(jù)來指引沉積頭20和基底22的運動?？刂破?4還指引沉 積頭20的沉積圖案，以選擇性地沉積構(gòu)建材料(以及支撐材料)，從而 在基底22上構(gòu)建3D對象24 (以及任何隨附的支撐結(jié)構(gòu))。
主機16是經(jīng)由控制器14與分層沉積系統(tǒng)12進行交互以構(gòu)建3D對 象24的基于計算機的系統(tǒng)。主機16從與3D對象24相對應(yīng)的CAD模型 (圖中未示出)生成構(gòu)建數(shù)據(jù)，并且將構(gòu)建數(shù)據(jù)中繼至控制器14。在 很多情形中，CAD模型可以具有比分層沉積系統(tǒng)12所能夠再現(xiàn)的更加 詳細的幾何形狀(例如， 一個或者更多薄壁區(qū)域)。這可能增加在構(gòu)建 操作期間對3D對象24的相應(yīng)部分進行過度填充的風(fēng)險。然而，如下所 述，主機16根據(jù)本發(fā)明來修改CAD模型的幾何形狀，以減少創(chuàng)建過度 填充條件的風(fēng)險。
為了易于討論，參照組件10的部件(例如主機16)來進行對本發(fā) 明的下面的描述。然而，本發(fā)明不應(yīng)受限于組件10的特定布置，并且 可以用各種不同的基于計算機的系統(tǒng)和分層沉積系統(tǒng)來執(zhí)行本發(fā)明。 例如，備選地，主機16可以是修改CAD模型的幾何形狀的一個或者更 多位于遠程的計算機系統(tǒng)。在本實施例中，然后從主機16向經(jīng)由控制 器14與分層沉積系統(tǒng)12進行通信的第二計算機系統(tǒng)(圖中未示出)提 供所產(chǎn)生的構(gòu)建數(shù)據(jù)。此外，應(yīng)理解，對象24的幾何形狀僅作為示例， 并且本發(fā)明適于與具有各種不同幾何形狀設(shè)計的CAD模型和3D對象 一起使用。
圖2是層26的示意圖，層26為主機16 (圖l所示)生成的CAD模型 的分片層，其中CAD模型與要用分層沉積系統(tǒng)12 (圖l所示)構(gòu)建的3D對象24 (圖l所示)相對應(yīng)。層26包括折線28、外圍工具路徑30、 以及光柵工具路徑32。折線28是布置在x-y平面中的外圍幾何形狀，定 義了在層26處3D對象24的外表面。折線28內(nèi)的區(qū)域是在構(gòu)建操作期間 用構(gòu)建材料填充的層26的部分，并且將該區(qū)域分為塊區(qū)域(bulk region) 34以及薄壁區(qū)域36。
在將CAD模型分片為多個層(例如層26)并且標(biāo)識折線28之后， 主機16生成層26的外圍工具路徑30以及光柵工具路徑32。外圍工具路 徑30和光柵工具路徑32定義沉積頭20(圖1所示)在沉積構(gòu)建材料期間 將遵循的沉積圖案?；诼穼?8來生成外圍工具路徑30和光柵工具路 徑32，路寬38是來自分層沉積系統(tǒng)12的構(gòu)建材料的所沉積的路線的預(yù) 測寬度。路寬38可以依賴于各種因素，如構(gòu)建材料屬性、所使用的分 層沉積系統(tǒng)的類型、沉積條件、沉積尖端尺寸、以及其組合。例如， 用于融合沉積建模系統(tǒng)的路寬38的合適寬度的范圍從大約250微米(大 約10密耳)到大約510微米(大約20密耳)。
在相對于折線28的內(nèi)部偏移位置處生成外圍工具路徑30,該位置 在大約路寬38的一半的距離處。將外圍工具路徑30子劃分為子路徑30a 至30d，其中工具子路徑30a和30b位于薄壁區(qū)域36處，并且子路徑30c 以及30d位于大塊區(qū)域34處。子路徑30c和30d將大塊區(qū)域34的外圍定義 為具有等于路寬38的寬度的單一工具路徑。然后在相對于子路徑30c 和30d的內(nèi)部偏移位置處生成光柵工具路徑32，從而填充大塊區(qū)域34。 如圖所示，可以用充足的空間來生成子路徑30c和30d以及光柵工具路 徑32，以在沒有任何工具路徑重疊的情況下充分地填充大塊區(qū)域34。 相應(yīng)地，當(dāng)分層沉積系統(tǒng)12基于子路徑30c和30d以及光柵工具路徑32 來沉積構(gòu)建材料的路線時，大塊區(qū)域34提供了最小的過度填充風(fēng)險。
相比而言，子路徑30a和30b定義了具有環(huán)繞布置的薄壁區(qū)域36的 外圍，其中生成彼此相鄰的一對工具子路徑(即子路徑30a和30b)。如 果薄壁區(qū)域36的壁寬是路寬38的寬度的兩倍，則可以用充足的空間來 生成子路徑30a和30b，以在沒有任何工具路徑重疊的情況下實質(zhì)上填 充薄壁區(qū)域36。然而，由壁寬40沿著y軸將薄壁區(qū)域36處的折線28的平 行段(稱作段28a和28b)分開，其中壁寬40落入大于路寬38 (即，大
9于構(gòu)建材料的單一路線)但小于路寬38的兩倍(即，小于一對相鄰的 構(gòu)建材料路線)的范圍內(nèi)。因此，當(dāng)以薄壁區(qū)域36處的環(huán)繞配置生成 外圍工具路徑30時，子路徑30a和30b重疊。這種重疊可能導(dǎo)致構(gòu)建材 料的沉積路線過度填充3D對象24的相應(yīng)區(qū)域，從而導(dǎo)致較差的部件質(zhì) 量并潛在地損壞沉積頭20。
一種用于降低創(chuàng)建過度填充條件的風(fēng)險的技術(shù)涉及移除重疊的 工具路徑之一 (例如移除子路徑30b)。這消除了子路徑30a和30b的任 何重疊。然而，移除工具路徑之一將薄壁區(qū)域36的壁寬減少為路寬38， 從而降低了薄壁區(qū)域36的強度。然而，根據(jù)本發(fā)明，可以修改薄壁區(qū) 域36的幾何形狀，以降低在薄壁區(qū)域36處創(chuàng)建過度填充條件的風(fēng)險。 具體地，可以將折線28的段28a和28b調(diào)整至調(diào)整后的段42a和42b的位 置(圖中用虛線示出)，使得薄壁區(qū)域36處調(diào)整后的壁寬(稱作調(diào)整后 的壁寬44)約等于"閾值壁寬"，或者大于閾值壁寬。
圖3是用于從具有至少一個薄壁區(qū)域(例如圖2所示的薄壁區(qū)域 36)的CAD模型構(gòu)建3D對象(例如，圖1所示的3D對象24)的方法46 的流程圖。方法46包括步驟48-68，并且首先涉及建立分層沉積系統(tǒng)(例 如圖1所示的分層沉積系統(tǒng)12)的"閾值壁寬"(步驟48)。在該實施例 中，閾值壁寬是在沒有實質(zhì)上過度填充的情況下可以沉積一對相鄰的 構(gòu)建材料路線的最小壁寬，并且閾值壁寬是基于從分層沉積系統(tǒng)沉積 的構(gòu)建材料的預(yù)測路寬(例如，圖2所示的路寬38)。
如上所述，等于兩倍路寬的壁寬能夠在沒有任何重疊的情況下使 用一對相鄰的構(gòu)建材料路線來構(gòu)建。因此，具有該壁寬的折線不需要 任何幾何形狀修改。從而，在一個實施例中，閾值壁寬大約是路寬的 200%，或者更少。根據(jù)分層沉積系統(tǒng)以及構(gòu)建條件，也可以使用低至 約為路寬的150%的壁寬，而不創(chuàng)建實質(zhì)上過度填充的條件。然而，低 于路寬的大約150%，沉積的構(gòu)建材料的重疊路線開始實質(zhì)上過度填充 3D對象的相應(yīng)區(qū)域。相應(yīng)地，合適閾值壁寬的示例的范圍從路寬的大 約150%到路寬的大約200%，特別合適的閾值壁寬的范圍從路寬的大 約160%到路寬的大約180%。例如，對于被配置為沉積具有大約510微 米(大約20密耳)路寬的構(gòu)建材料的融合沉積建模系統(tǒng)，合適的閾值壁寬是大約860微米(大約34密耳)(即，大約路寬的170%)。
一旦確定閾值壁寬，主機16 (圖l所示)可以基于閾值壁寬來修 改薄壁區(qū)域(例如薄壁區(qū)域36)的幾何形狀，以降低創(chuàng)建過度填充條 件的風(fēng)險。閾值壁寬還可以用作作為各種后續(xù)計算的基礎(chǔ)的預(yù)定義值。 這允許計算隨著閾值壁寬的改變而改變，從而允許用各種不同的分層 沉積系統(tǒng)和構(gòu)建條件來執(zhí)行方法46。對于下面與層26相關(guān)的討論，假 定分層沉積系統(tǒng)12的閾值壁寬是路寬38的大約170%。
然后將CAD模型分片為多個分片層(例如，層26)，其中每一個 分片層包括一個或者更多折線(步驟50)。然后主機16選擇第一分片層 進行分析(步驟52)，并且標(biāo)識所選分片層的折線的坐標(biāo)(步驟54)。 然后分析所標(biāo)識的折線，以確定折線的相鄰部分(例如圖2所示的段28a 和28b)之間的距離(步驟56)。在備選實施例中，可以在針對首先選 擇的分片層的一個或者更多步驟50-56之后執(zhí)行步驟48中對閾值壁寬 的確定。
然后主機16確定相鄰部分之間的距離是否小于閾值壁寬(步驟 58)。在層26的當(dāng)前示例中，分層沉積系統(tǒng)12的閾值壁寬是路寬38的 170%。相比而言，壁寬40 (圖2所示)是路寬38的大約125%，小于閾 值壁寬。因此，然后主機16調(diào)整折線的相鄰部分的位置，使得這些部 分之間調(diào)整后的壁寬約等于閾值壁寬或者更大(步驟60)。對于圖2所 示的示例，步驟60涉及將段28a和28b的位置調(diào)整至調(diào)整后的段42a和 42b (圖2所示)的位置，在該位置處，調(diào)整后的段42a和42b之間調(diào)整 后的壁寬44 (圖2所示)約等于閾值壁寬或者更大。
然后主機16基于具有調(diào)整后的部分的折線來生成當(dāng)前分片層的 一個或者更多外圍工具路徑(步驟62)。也可以生成光柵工具路徑(例 如圖2所示的光柵工具路徑32)以填充大塊區(qū)域(例如圖2所示的大塊 區(qū)域34)。然后主機16確定當(dāng)前分片層是否是針對薄壁幾何形狀要分析 的CAD模型的最后一個分片層(步驟64)。如果不是，則主機16進行 至CAD模型的下一個分片層(步驟66)，并且對每一個其余分片層重 復(fù)步驟54-62。這修改了CAD模型的每一個分片層中的薄壁區(qū)域的幾何 形狀。當(dāng)分析了最后一個分片層時(步驟64)，主機16然后將相應(yīng)構(gòu)建數(shù)據(jù)中繼至控制器14 (圖l所示)，以用分層沉積系統(tǒng)12來構(gòu)建3D對象 24 (步驟68)。由于每一個分片層的折線的部分被分開約等于(或者大 于)閾值壁寬的距離，因此在沒有實質(zhì)上過度填充3D對象24的相應(yīng)區(qū) 域的情況下對構(gòu)建材料的路線進行沉積。這保持了3D對象24的質(zhì)量， 并且降低了損壞沉積頭20的風(fēng)險。
圖4和5A至5K示出了一種用于執(zhí)行方法46 (圖3所示)的步驟56 至60以修改包含薄壁區(qū)域的折線的幾何形狀的合適技術(shù)。圖4是方法70 的流程圖，方法70包括步驟72至93，并且首先涉及沿折線(例如圖l 所示的折線28)生成次頂點(步驟72)。如上所述，從CAD模型的分
片層生成的折線包括在主頂點處互連的多個線性段，其中每一個主頂 點表示一對線性段之間的角度偏轉(zhuǎn)點。根據(jù)步驟72，主機16(圖1所示)
生成沿線性段共線的其他次頂點。這些次頂點將折線的線性段劃分為 子段，并且提供用于修改折線的幾何形狀的潛在點。
然后主機16從主和次頂點的序列中選擇初始測試頂點(步驟74)， 并且搜索與測試頂點相鄰的其他頂點(步驟76)。這些相鄰頂點可以指 示潛在的過度填充條件。如果找不到相鄰頂點(步驟78)，則主機16 確定當(dāng)前測試頂點是否是沿折線的序列中的最后一個頂點(步驟80)。 如果不是，則主機16進行至序列中的下一個頂點(步驟82)，并且搜索 與該下一個測試頂點相鄰的其他頂點(步驟76)。如果找到相鄰的頂點 (步驟78)，則主機16標(biāo)識位于相鄰頂點的每一側(cè)的子段(步驟84)， 并且確定所標(biāo)識的子段和當(dāng)前測試頂點之間的最小距離(步驟86)。
然后主機16確定所標(biāo)識的子段和當(dāng)前測試頂點之間的最小距離 是否小于閾值壁寬(步驟88)。如果否，則如上所述主機16確定當(dāng)前測 試頂點是否是沿折線的序列中的最后一個頂點(步驟80)。然而，如果 所標(biāo)識的子段和當(dāng)前測試頂點之間的最小距離小于閾值壁寬，則主機 16生成當(dāng)前測試頂點的"調(diào)整向量"(步驟90)。如下所述，調(diào)整向量 允許調(diào)整當(dāng)前測試頂點(以及隨附的折線子段)的位置。在生成調(diào)整 向量之后，如上所述主機16確定當(dāng)前測試頂點是否是沿折線的序列中 的最后一個頂點(步驟80)。
然后重復(fù)步驟76-82，直到分析了沿折線的序列中的每一個頂點。當(dāng)分析了序列中的最后一個頂點時，主機16然后基于所生成的調(diào)整向 量來調(diào)整測試頂點的位置(步驟92)。如果沒有為給定頂點生成調(diào)整向 量，則不調(diào)整該頂點的位置。頂點位置的調(diào)整相應(yīng)地調(diào)整了折線的段 的位置(根據(jù)方法46的步驟60)。在調(diào)整測試頂點的位置之后，接著移 除布置在共線的子段上的任何頂點，以減少構(gòu)建數(shù)據(jù)所需的數(shù)據(jù)坐標(biāo) 的數(shù)量(步驟93)。
圖5A至5K是薄壁區(qū)域36 (圖2所示)的示意圖，示出了對層26應(yīng) 用方法70 (圖4所示)。如圖5A所示，折線28包括主頂點94、 96、 98以 及IOO，其中每一個是折線28的角度偏轉(zhuǎn)點。相應(yīng)地，段28a布置在主 頂點94和96之間，段28b布置在主頂點98和100之間，并且段28c布置在 主頂點96和100之間。
根據(jù)方法70的步驟72，主機16 (圖l所示)生成沿折線28的次頂 點，包括沿段28a的次頂點102a至102c，以及沿段28b的次頂點104a至 104c。這將段28a分為子段106a至106d，并且將段28b分為子段108a至 108d。此外，主機16在大塊區(qū)域34生成次頂點110和112，其中，次頂 點110將折線28分為子段114a和114b，并且次頂點l 12將折線28分為子 段116a和116b。環(huán)繞折線28的整個外圍生成類似的次頂點。
有利地，所生成的次頂點的數(shù)量基于預(yù)定的"頂點間隔"，可以 將"頂點間隔"作為閾值壁寬的函數(shù)導(dǎo)出。合適頂點間隔的示例的范 圍從閾值壁寬的大約100%到閾值壁寬的大約600%，特別合適的頂點 間隔的范圍從閾值壁寬的大約300%到閾值壁寬的大約600%。小于閾 值壁寬的大約100%的頂點間隔需要大量計算，從而增加了生成構(gòu)建數(shù) 據(jù)所需的時間。相反地，大于閾值壁寬的大約600%的頂點間隔減少了 充分修改折線28的幾何形狀所需的細節(jié)。
在一個實施例中，通過下述步驟來生成次頂點102a至102c:測量 段28a的長度；將該長度除以頂點間隔；并且將結(jié)果值減少至最接近的 整數(shù)。類似地，通過下述步驟來生成次頂點104a至104c:測量段28b 的長度；將該長度除以頂點間隔；并且將結(jié)果值減少至最接近的整數(shù)。 在圖5A所示的示例中，沿段28a，主頂點94和96、次頂點102a至102c 被分開約為400。/。閾值壁寬的頂點間隔；沿段28b，主頂點98和100、次
13頂點104a至104c被分開約為400。/。閾值壁寬的頂點間隔。相比而言，段 28c的長度小于閾值壁寬的100y。。因此，不沿段28c生成次頂點。
當(dāng)將折線28的段(例如28a)的長度進行分割并且將結(jié)果值減少 至最接近的整數(shù)時，有時可能生成相對接近主頂點的次頂點。這可能 導(dǎo)致在調(diào)整頂點時(根據(jù)方法70的步驟92)折線28的原始幾何形狀實 質(zhì)上失真。因此，在優(yōu)選實施例中，不在與主頂點的特定距離內(nèi)生成 次頂點，以保護折線28的原始幾何形狀。沿折線28的主頂點和次頂點 之間的合適最小間隙的示例包括為頂點間隔的至少大約20%的間隙。 備選地，可以將主頂點和次頂點之間的最小間隙度量為閾值壁寬的函 數(shù)。對于上面討論的特別合適的頂點間隔，沿折線28的主頂點和次頂 點之間的合適的最小間隙的示例包括為閾值壁寬至少大約110%的間 隙。
圖5B示出了在生成次頂點102a至102c、 104a至104c、 110和112之 后的薄壁區(qū)域36。根據(jù)方法70的步驟74，主機16選擇初始測試頂點來 分析。可以從沿折線28的任意主或次頂點中選擇該初始測試頂點。因 此，為了易于討論，在本示例中選擇主頂點94作為初始測試頂點。根 據(jù)方法70的步驟76，主機16然后搜索與主頂點94相鄰的其他頂點。在 一個實施例中，通過在主頂點94周圍形成測試框118來執(zhí)行該步驟，其 中測試框118允許主機16高效地對可能指示潛在過度填充條件的任何 頂點進行標(biāo)記。
測試框118的尺寸可以根據(jù)所需的分析范圍而變化，并且還可以 將作為閾值壁寬的函數(shù)來計算。測試框118的合適尺寸的示例包括從約 為閾值壁寬的400%到約為閾值壁寬的800%的壁長，其中測試框是以 主頂點94為中心環(huán)繞的。在圖5B所示的示例中，測試框是以主頂點94 為中心環(huán)繞的，并且具有約為閾值壁寬的600%的壁長(即，在每一個 方向上與主頂點94相距閾值壁寬的大約300%)。在備選實施例中，可 以用具有不同形狀的測試框來取代測試框118(例如以主頂點94為中心
環(huán)繞的圓形測試框)。
然后主機16搜索測試框118內(nèi)的任何其他頂點。在一個實施例中， 主機16忽略給定范圍內(nèi)(例如閾值壁寬的210%)折線28中與測試頂點位于相同段上的任何頂點。這將頂點的選擇限制在位于相鄰段上的頂
點。根據(jù)方法70的步驟78，主機16找到測試框118內(nèi)的主頂點98。因此， 根據(jù)方法70的步驟84，主機16然后標(biāo)識主頂點98的子段。沿折線28的 每一個頂點是在給定頂點和位于給定頂點任一側(cè)的頂點之間延伸的一 對子段的一部分。相應(yīng)地，對于主頂點98，所標(biāo)識的子段是子段108a 和116a。
然后根據(jù)方法70的步驟86，確定主頂點94 (即當(dāng)前測試頂點)與 子段108a和116a之間的最小距離。在當(dāng)前示例中，最小距離直接位于 主頂點94和主頂點98之間(由線120表示)。在備選示例中，當(dāng)前測試 頂點可以與所標(biāo)識的相鄰頂點偏移。在這些備選示例中，沿相鄰子段 之一的點將提供至當(dāng)前測試頂點的最小距離。
根據(jù)方法70的步驟88，主機16然后確定該最小距離是否小于閾值 壁寬。在當(dāng)前示例中，主頂點94和主頂點98之間的距離(沿線120)等 于壁寬40，為路寬38 (圖l所示)的125%。這小于閾值壁寬(在本示 例中閾值壁寬為路寬38的170%)。因此，根據(jù)方法70的步驟90，主機 16生成主頂點94的調(diào)整向量122，其中調(diào)整向量122從主頂點94 (即， 當(dāng)前測試頂點)沿與線120共線的方向遠離主頂點98延伸。
有利地，調(diào)整向量122的幅度使得主頂點94和98的組合的調(diào)整后
的位置提供與閾值壁寬大約相等或者更大的調(diào)整后的距離。如下所述，
由于對沿折線28的每一個頂點執(zhí)行方法70，主頂點98也將具有調(diào)整向
量(圖5B未示出)，使得調(diào)整向量122和主頂點98的調(diào)整向量的組合的
幅度將主頂點94和98定位在約等于閾值壁寬或者更大的調(diào)整后的距離
處。相應(yīng)地，在一個實施例中，由等式l來計算每一個調(diào)整向量的幅度
辭齒 、(閾值壁寬-最小距離) 甲田s調(diào)整向量^-^-
根據(jù)等式l，調(diào)整向量122的幅度是閾值壁寬與線120的長度之差 的一半，其中閾值壁寬等于路寬38的170%，線122的長度是路寬38的 125%。這產(chǎn)生的幅度為路寬38的22.5%。在減少主機16所需計算次數(shù) 的備選實施例中，將每一個調(diào)整向量的幅度設(shè)置為預(yù)定義值，該預(yù)定 義值為閾值壁寬至少大約一半。圖5C示出了在為主頂點94生成調(diào)整向量122之后的薄壁區(qū)域36。 根據(jù)方法70的步驟80，主機16然后確定主頂點94是否為沿折線28的最 后一個頂點。由于沿折線28存在尚未分析的其他頂點，根據(jù)方法70的 步驟82，主機進行至下一個測試頂點。在當(dāng)前示例中，序列中的下一 個頂點是次頂點102a。主機16然后以與上述針對主頂點94的相同方式 來對次頂點102a重復(fù)方法70的步驟76至90。相應(yīng)地，根據(jù)方法70的步 驟76，主機16在次頂點102a周圍生成測試框124，并且在測試框124內(nèi) 搜索任何其他頂點。根據(jù)方法70的步驟78，主機16找到測試框124內(nèi)的 次頂點104a。因此，根據(jù)方法70的步驟84，主機16然后將子段108a和 108b標(biāo)識為與次頂點104a相鄰。
然后，根據(jù)方法70的步驟86，主機16確定次頂點102a與子段108a 和108b之間的最小距離。在當(dāng)前示例中，最小距離直接位于次頂點102a 和次頂點104a之間(由線126表示)。根據(jù)方法70的步驟88，主機16然 后確定該最小距離是否小于閾值壁寬。在當(dāng)前示例中，次頂點102a和 次頂點104a之間的距離也等于壁寬40，如上所述小于閾值壁寬。因此， 主機16生成次頂點102a的調(diào)整向量128，其中調(diào)整向量128從次頂點 102a沿與線126實質(zhì)上共線的方向遠離次頂點104a延伸。由于段28a和 28b平行，調(diào)整向量128具有與調(diào)整向量122的幅度相等的幅度(即，路 寬38的22.5%)。
圖5D示出了在針對次頂點102b和102c分別生成調(diào)整向量130和 132之后的薄壁區(qū)域36。通過以與以上針對調(diào)整向量128所描述的相同 方式來重復(fù)方法70的步驟76至90，來生成調(diào)整向量130和132。根據(jù)方 法70的步驟80，主機16然后確定次頂點102c是否是沿折線28的最后一 個頂點。由于沿折線28存在尚未分析的其他頂點，根據(jù)方法70的步驟 82，主機16進行至下一個測試頂點。在當(dāng)前示例中，序列中的下一個 頂點是主頂點96。相應(yīng)地，根據(jù)方法70的步驟76、 78以及84，主機在 主頂點96周圍生成測試框134，找到測試框134內(nèi)的主頂點100，并且將 段28c和子段108d標(biāo)識為與主頂點100相鄰。
如圖所示，段28c是布置在主頂點96和100之間的折線28的段部 分，提供對方法70的步驟86的例外情況。在該場景中，當(dāng)主機16確定主頂點96和段28c/子段108d之間的最小距離時，主機16省略與當(dāng)前測 試頂點(即，主頂點％)連接的任意段。否則，方法70的步驟86中確 定的最小距離事實上為零。相應(yīng)地，在當(dāng)前示例中，最小距離直接位 于主頂點96和100之間(由與段28c重疊的線136來表示)。
根據(jù)方法70的步驟88，主機16然后確定該最小距離小于閾值壁 寬。因此，在一個實施例中，主機16可以生成主頂點96的調(diào)整向量138
(以虛線示出)，其中調(diào)整向量138從主頂點96沿與線136實質(zhì)上共線的 方向遠離主頂點100延伸，并且具有與調(diào)整向量122、 128、 130和132 的幅度相等的幅度。然而，如上所述，主機16有利地忽略給定范圍內(nèi)
(例如閾值壁寬的210%)折線28中與測試頂點位于相同段上的任何頂 點，從而將頂點的選擇限制在位于相鄰段上的頂點。在當(dāng)前示例中， 主頂點100位于折線28中與主頂點96相同的段(即段28c)上，并且在 閾值壁寬的210%之內(nèi)。從而在本實施例中，主機16不為主頂點96生成 調(diào)整向量138。
圖5E示出了在分析主頂點96之后的薄壁區(qū)域36。根據(jù)方法70的步 驟80，主機16然后確定主頂點96是否為沿折線28的最后一個頂點。由 于沿折線28存在尚未分析的其他頂點，根據(jù)方法70的步驟82，主機16 進行至主頂點IOO。根據(jù)方法70的步驟76、 78以及84，主機16然后在主 頂點100周圍生成測試框140，找到測試框140內(nèi)的主頂點96，并且將段 28c和子段102d標(biāo)識為與主頂點96相鄰。
如上所述，主機16有利地省略與當(dāng)前測試頂點(即，主頂點IOO) 連接的任意段。相應(yīng)地，在當(dāng)前示例中，省略段28c并且最小距離直接 位于主頂點96和100之間(由與段28c重疊的線142表示)。根據(jù)方法70 的步驟88，主機16然后確定該最小距離小于閾值壁寬。因此，在一個 實施例中，主機16可以生成主頂點100的調(diào)整向量144(圖中虛線所示)， 其中調(diào)整向量144從主頂點100沿與線142實質(zhì)上共線的方向遠離主頂 點96延伸，并且具有與調(diào)整向量138 (圖5D所示)的幅度相等的幅度。 然而，如上面針對調(diào)整向量138所討論的，主頂點96位于折線28中與主 頂點100相同的段(即段28c)上，并且在閾值壁寬的210%之內(nèi)。從而， 在本實施例中，主機16不為主頂點100生成調(diào)整向量144。
17圖5F示出了在分析主頂點100之后的薄壁區(qū)域36。然后根據(jù)方法 70的步驟80，主機16確定主頂點100是否是沿折線28的最后一個頂點。 由于沿折線28存在尚未分析的其他頂點，因此根據(jù)方法70的步驟82， 主機16進行至次頂點104c。根據(jù)方法70的步驟76、 78以及84，主機16 然后在次頂點104c周圍生成測試框146，找到測試框146內(nèi)的次頂點 102c，并將子段106c和106d標(biāo)識為與次頂點102c相鄰。
然后根據(jù)方法70的步驟86，主機16確定次頂點104c與子段106c和 106d之間的最小距離。在當(dāng)前示例中，最小距離直接位于次頂點102c 和次頂點104c之間(由線148表示)。根據(jù)方法70的步驟88，主機16然 后確定該最小距離是否小于閾值壁寬。在當(dāng)前示例中，次頂點102c和 次頂點104c之間的距離也等于壁寬40，小于閾值壁寬。因此，主機16 生成次頂點104c的調(diào)整向量150，其中調(diào)整向量150從次頂點104c沿與 線148實質(zhì)上共線的方向遠離次頂點102c延伸，并且具有與調(diào)整向量 144 (圖5E所示)的幅度相等的幅度。如上所述，這些調(diào)整向量的幅 度使得頂點之間調(diào)整后的距離約等于閾值壁寬或者更大。相應(yīng)地，調(diào) 整向量132和150的組合的幅度提供了次頂點102c和104c之間約等于閾 值壁寬的調(diào)整后的距離。
圖5G示出了在分別為次頂點104b和104a生成調(diào)整向量152和154 之后的薄壁區(qū)域36。通過以與上述針對次頂點104c相同的方式來重復(fù) 方法70的步驟76-90來生成調(diào)整向量152和154。根據(jù)方法70的步驟80， 主機16然后確定次頂點104a是否是沿折線28的最后一個頂點。由于沿 折線28存在尚未分析的其他頂點，根據(jù)方法70的步驟82，主機16進行 至主頂點98。相應(yīng)地，根據(jù)方法70的步驟76、 78以及84，主機16在主 頂點98周圍生成測試框156，找到測試框156內(nèi)的主頂點94，并將子段 106a和114a標(biāo)識為與主頂點94相鄰。
然后根據(jù)方法70的步驟86，主機16確定主頂點98與子段106a和 114a之間的最小距離。在當(dāng)前示例中，最小距離直接位于主頂點94和 98之間(由線158表示)。根據(jù)方法70的步驟88，主機16然后確定該最 小距離是否小于閾值壁寬。在當(dāng)前示例中，主頂點94和98之間的距離 也等于壁寬40，小于閾值壁寬。因此，主機16生成主頂點98的調(diào)整向量160，其中調(diào)整向量160從主頂點98沿與線158實質(zhì)上共線的方向遠離 主頂點94延伸，并且具有與調(diào)整向量150、 152以及154的幅度相等的幅 度。調(diào)整向量122和160的組合的幅度提供了主頂點94和98之間約等于
閾值壁寬的調(diào)整后的距離。
圖5H示出了在為主頂點98生成調(diào)整向量160之后的薄壁區(qū)域36。 根據(jù)方法70的步驟80，主機16然后確定主頂點98是否是沿折線28的最 后一個頂點。由于沿折線28存在尚未分析的其他頂點，根據(jù)方法70的 步驟82，主機16進行至大塊區(qū)域34處沿折線28的次頂點U2。相應(yīng)地， 根據(jù)方法70的步驟76，主機16在次頂點112周圍生成測試框162，并且 在測試框162內(nèi)搜索任何其他頂點。此時，根據(jù)方法70的步驟78，主機 16找不到位于測試框162內(nèi)的任何相鄰頂點。因此，主機16跳過方法70 的步驟84至90，并且不為次頂點112生成調(diào)整向量。由于折線28不具有 在次頂點112處有過度填充條件的風(fēng)險，因此對于次頂點112而言不需 要調(diào)整向量。
圖5I示出了在分析了次頂點112之后的薄壁區(qū)域36。對位于折線28 上的其余主和次頂點重復(fù)步驟76至90。如圖5I所示，要分析的最后一 個頂點是大塊區(qū)域34處沿折線28的次頂點110。當(dāng)?shù)竭_次頂點UO時， 根據(jù)方法70的步驟76，主機16在次頂點110周圍生成測試框164，并且 搜索測試框164內(nèi)的其他頂點。此時，根據(jù)方法70的步驟78，主機16 找不到位于測試框164內(nèi)的任何相鄰頂點。因此，主機16跳過方法70 的步驟84至90，并且不為次頂點110生成調(diào)整向量。
圖5J示出了在分析了次頂點110之后的薄壁區(qū)域36。根據(jù)方法70 的步驟80，主機16然后確定次頂點110是否是沿折線28的最后一個頂 點。由于此時己經(jīng)分析了沿折線28的所有頂點，因此，根據(jù)方法70的 步驟92，主機16然后基于調(diào)整向量來調(diào)整頂點的位置。這將段28a調(diào)整 至調(diào)整后的段42a和43a的位置，并且將段28b調(diào)整至調(diào)整后的段42b和 43b的位置，其中調(diào)整后的段42a和42b之間調(diào)整后的壁寬28等于閾值壁 寬。如圖所示，這修改了折線28的幾何形狀，以降低在使用分層沉積 系統(tǒng)12(圖1所示)進行構(gòu)建操作期間在薄壁區(qū)域36處對工具路徑進行 過度填充的風(fēng)險。此外，調(diào)整后的段43a和43b向主頂點96和100會聚，從而保護薄壁區(qū)域36處折線28的原始幾何形狀。
一旦根據(jù)方法70修改了折線28的幾何形狀，根據(jù)方法70的步驟93 移除布置在共線子段上的頂點。因此，由于段42a的子段在主頂點94 和次頂點102c之間共線，移除次頂點102a和102b。類似地，從段42b 的子段中移除次頂點104a和104b，并且移除次頂點110和112。如上所 述，這減少了主機16需要保留的數(shù)據(jù)坐標(biāo)的數(shù)量。
圖5K示出了在移除了次頂點102a、 102b、 104a、 104b、 IIO以及 112之后的薄壁區(qū)域36。根據(jù)方法46 (圖3所示)的步驟62，主機16然 后基于折線26修改后的幾何形狀來生成外圍工具路徑166。由于段42a 和42b被分開約等于閾值壁寬的調(diào)整后的壁寬44，因此外圍工具路徑 166的環(huán)繞部分具有可接受的重疊量，從而降低了對3D對象24的相應(yīng) 區(qū)域進行過度填充的風(fēng)險。
如圖5A至5K所示，調(diào)整后的每一個頂點僅具有位于相應(yīng)測試框 內(nèi)的單一相鄰頂點。因此，僅響應(yīng)于單一相鄰頂點來生成調(diào)整向量。 然而，在給定測試框存在多個相鄰頂點的情形中，對每一個相鄰頂點 執(zhí)行方法70的步驟86、 88以及90，并且所生成的調(diào)整向量是累積的。 這確保相對于多個相鄰頂點中的每一個對測試頂點進行重定位。此外， 盡管上述方法70與單一薄壁區(qū)域(即薄壁區(qū)域36) —起使用，但是方 法70還適于與具有多個薄壁區(qū)域(具有各種幾何形狀設(shè)計)的折線一 起使用。
圖6A至6C是層168的示意圖，層168為備選CAD模型的分片層。 如圖6A所示，層168類似于層26 (圖2所示)并且包括折線170、外圍 工具路徑172以及光柵工具路徑174。折線170是布置在x-y平面上的外 圍幾何形狀，具有會聚尖峰的幾何形狀而不是折線28 (圖2所示)的平 行段幾何形狀。折線170內(nèi)的區(qū)域是層168中在構(gòu)建操作期間將用構(gòu)建 材料填充的部分，并且被劃分為大塊區(qū)域176和薄壁區(qū)域178。如薄壁 區(qū)域178處所示，主頂點180、 182和184定義了折線170，其中主頂點180 和184位于大塊區(qū)域176和薄壁區(qū)域178之間的交叉處，并且主頂點182 位于會聚尖峰的尖端。
主頂點180、182以及184將折線170分為段170a和170b，其中段170a將主頂點180和182互連，并且段170b將主頂點182和184進行互連。段 170a和170b的會聚性質(zhì)相應(yīng)地在閾值線188處將薄壁區(qū)域178分為第一 區(qū)域178a和第二區(qū)域178b。閾值線188是沿段170a和170b的位置，在該 位置處，薄壁區(qū)域178沿y軸的壁寬等于分層沉積系統(tǒng)12 (圖l所示)的 閾值壁寬。因此，第一區(qū)域178a的寬度大于閾值壁寬，并且第二區(qū)域 178b的寬度小于閾值壁寬。
基于路寬186來生成外圍工具路徑172以及光柵工具路徑174，如 上針對路寬186 (圖2所示)所述，路寬186是來自分層沉積系統(tǒng)12的構(gòu) 建材料的沉積路線的預(yù)測寬度。在相對于折線170的內(nèi)部偏移位置處生 成外圍工具路徑172，該位置在路寬186的大約一半的距離處。然后在 相對于外圍工具路徑172的內(nèi)部偏移位置處生成光柵工具路徑174，從 而填充大塊區(qū)域176。
當(dāng)以薄壁區(qū)域178處的環(huán)繞配置來生成外圍工具路徑172時，隨著 相鄰工具路徑(稱作子路徑172a和172b)向主頂點182前進，該相鄰工 具路徑具有越來越大的重疊量。當(dāng)子路徑172a和172b從第一區(qū)域178a 跨過閾值線188轉(zhuǎn)變到第二區(qū)域178b時，子路徑172a和172b的重疊變得 足夠大以引起構(gòu)建材料的沉積路線過度填充3D對象的相應(yīng)區(qū)域。如上 所述，這可能導(dǎo)致較差的部件質(zhì)量并且潛在地損壞分層沉積系統(tǒng)12。
此外，如圖6A所示，子路徑172a和172b沿x軸會聚在實質(zhì)上不到 主頂點182的點處(稱作點190)。因此，基于子路徑172a和172b的沉積 的構(gòu)建材料的路線將不會沿x軸延伸至主頂點182的相應(yīng)位置。當(dāng)構(gòu)建 3D對象時，這也降低了部件質(zhì)量。因此，為了改進部件質(zhì)量并且降低 在第二區(qū)域178b處創(chuàng)建過度填充條件的風(fēng)險，主機16 (圖l所示)根據(jù) 方法70 (圖4所示)來修改薄壁區(qū)域178的幾何形狀。
圖6B示出了在主機16根據(jù)方法70 (圖4所示)的步驟72至90分析 了沿折線170的每一個頂點之后的層168。如圖所示，段170a還包括次 頂點192a至192e，并且段170b還包括次頂點192a至194e，這些是根據(jù) 方法70的步驟72來生成的。根據(jù)方法70，主機16分析每一個主和次頂 點，并且針對在具有小于閾值壁寬的分離距離的部分處的頂點來生成 調(diào)整向量。
21由于第一區(qū)域178a具有大于閾值壁寬的壁寬，主頂點180和184、 以及次頂點192a和194a將不具有生成的調(diào)整向量。然而，由于第二區(qū) 域178b具有小于閾值壁寬的壁寬，次頂點192b至192e以及194b至194e 分別具有為其生成的調(diào)整向量196b至196e和198b至198e。如圖所示， 調(diào)整向量196b至196e和198b至198e的幅度隨著第二區(qū)域178b的壁寬的 減小而增大。這是由于隨著壁寬減小，"最小距離"(等式l中所使用) 減小。
注意，主頂點182不具有生成的調(diào)整向量。如上面對于方法70的 步驟72所討論的，有利地，不在主頂點的特定距離內(nèi)生成次頂點，以 保護折線(例如折線170)的原始幾何形狀。本實施例有益于與具有會 聚尖峰幾何形狀的薄壁區(qū)域一起使用，如薄壁區(qū)域178。在當(dāng)前示例中， 限制次頂點192e和194e的位置，以防止對主頂點182的位置進行調(diào)整， 從而保留薄壁區(qū)域178沿x軸的原始長度。
在分析了每一個頂點之后，根據(jù)方法70的步驟92，主機16基于調(diào) 整向量196b至196e以及198b至198e來調(diào)整次頂點192b至192e以及194b 至194e的位置。這將次頂點192b至192e以及194b至194e定位在相反的 位置上，該相反的位置提供沿第二區(qū)域178b的約等于閾值壁寬或者更 大的壁寬。然后根據(jù)方法70的步驟93，主機16移除位于共線子段上的 任何頂點。在當(dāng)前示例中，這移除了次頂點192b至192d以及194b至 194d。
圖6C示出了在根據(jù)方法70修改了折線170的幾何形狀之后的層 168。在修改過折線170的幾何形狀之后，將段170a (圖6A所示)子劃 分為子段200a (在主頂點180和次頂點192a之間)、子段200b (在次頂 點192a和192e之間)、以及子段200c (在次頂點192e和主頂點182之間)。 類似地，將段170b (圖6A所示)子劃分為子段202a (在主頂點184和 次頂點194a之間)、子段202b (在次頂點194a和194e之間)、以及子段 202c (在次頂點194e和主頂點182之間)。
由于第一部分178a處的壁厚度大于閾值壁寬，因此不改變段200a 和202a。然而，段200b和202b現(xiàn)在位于提供約等于閾值壁寬或者更大 的壁寬的位置處。段200c和202c提供折線170的小會聚部分，從而允許
22沉積的構(gòu)建材料的路線實質(zhì)上沿X軸到達主頂點182的位置。 一旦根據(jù)
方法70修改了折線170的幾何形狀，基于修改后的幾何形狀來生成外圍 工具路徑204。由于第二區(qū)域178b具有等于閾值壁寬或者更大的壁寬， 因此外圍工具路徑204的環(huán)繞子路徑具有可接受的重疊量，從而降低了 對3D對象的相應(yīng)區(qū)域進行過度填充的風(fēng)險。
圖7是方法206的流程圖，方法206類似于方法70 (圖4所示)，但 是適于與具有多條折線的分片層一起使用。很多CAD模型設(shè)計可以包 括針對給定分片層的多條折線。例如，分片層可以包括定義3D對象的 外表面的第一折線以及定義3D對象的內(nèi)表面(例如內(nèi)腔)的第二折線。 盡管方法70適于標(biāo)識單一折線內(nèi)的一個或者更多薄壁區(qū)域，方法206 將方法70進行擴展，以進一步標(biāo)識可能存在于兩條或者更多折線之間 的薄壁區(qū)域。方法206包括步驟208至220，并且首先涉及為每一條折線 生成次頂點(步驟208)。對于每一條折線，以與上述方法70的步驟72 相同的方式來生成次頂點。這允許主機16標(biāo)識位于特定折線之外的頂 點。
然后主機16標(biāo)識多條折線中第一折線(步驟210)，并且對所標(biāo)識 的折線執(zhí)行方法70的步驟74至80 (步驟212)。這以與上述方法70相同 的方式為沿所標(biāo)識的折線的每一個頂點生成調(diào)整向量。然而，由于多 條折線中的每一條包括一系列主和次頂點，根據(jù)方法70的步驟76，當(dāng) 標(biāo)識相鄰頂點時，主機16還可以依賴于當(dāng)前折線外部的頂點。因此， 還可以基于相鄰折線之間的潛在過度填充條件來生成調(diào)整向量。
當(dāng)分析了當(dāng)前折線的每一個頂點時，主機16然后確定當(dāng)前折線是 否是給定層的最后一條折線(步驟214)。如果不是，則主機16進行至 該層的下一條折線(步驟216)，并且對每一條剩余折線重復(fù)步驟212。 當(dāng)分析了最后一條折線的每一個頂點時，主機16然后基于分片層的每 一條折線的調(diào)整向量來調(diào)整頂點的位置(步驟218)，并且移除位于共 線子段上的頂點(步驟220)。有利地，在為給定分片層的所有折線的 所需頂點生成了調(diào)整向量之后，執(zhí)行步驟218和220。否則，如果在分 析第二折線之前根據(jù)步驟218調(diào)整了第一折線的頂點的位置，則第一折 線頂點的調(diào)整后的位置可能在分析第二折線時阻止對相鄰頂點的所需標(biāo)識。相應(yīng)地，方法206是對給定分片層內(nèi)的多條折線的幾何形狀的合
適修改。注意，方法206也適于與包含單一折線的分片層一起使用。在 該情況中，方法206的步驟208、 210、 214以及216變得多余，從而將方 法206簡化為方法70。
圖8是用于從具有小于單一路寬的薄壁區(qū)域的CAD模型來構(gòu)建3D 對象的方法222的流程圖，圖8示意了方法46(圖3所示)的備選實施例。 除了創(chuàng)建潛在過度填充條件之外，CAD模型還可以描述具有比單一路 寬(例如圖2所示的路寬38)更窄的薄壁區(qū)域的3D對象。這典型地發(fā) 生在CAD模型中錯誤指定3D對象的幾何形狀時。不幸地是，在該情形 中，主機16可能不必須為薄壁區(qū)域生成構(gòu)建路徑。此外，生成用于3D 對象的支撐結(jié)構(gòu)的算法將典型地標(biāo)識該薄壁區(qū)域，從而排除對該薄壁 區(qū)域生成支撐結(jié)構(gòu)部件。因此，不為該薄壁區(qū)域進行材料路線的沉積， 這可能影響依賴該薄壁區(qū)域作為支撐的隨后沉積的層。
方法222適于修改比單一路寬更窄的薄壁區(qū)域的幾何形狀。方法 222包括步驟224至244，并且首先涉及建立分層沉積系統(tǒng)(例如圖l所 示的分層沉積系統(tǒng)12)的"閾值壁寬"，其中該閾值壁寬約等于沉積的 構(gòu)建材料的路寬(例如圖2所示的路寬38)(步驟224)。如上所述，將 方法46中使用的"閾值壁寬"稱作最小壁寬，可以在沒有實質(zhì)上過度 填充的情況下以該最小壁寬來沉積一對相鄰的構(gòu)建材料路線。然而， 方法222依賴于閾值壁寬來標(biāo)識比路寬更窄的區(qū)域。因此，在本實施例
中，"閾值壁寬"約等于路寬。
一旦確定了閾值壁寬，則以與以上針對方法46的步驟50-68所述相 同的方式來執(zhí)行方法222的步驟226至244。相應(yīng)地，將CAD模型分片 為多個分片層，其中每一個分片層包括一條或者更多折線(步驟226)。 然后主機16選擇第一分片層進行分析(步驟228)，并且標(biāo)識所選分片 層的折線的坐標(biāo)(步驟230)。然后分析所標(biāo)識的折線，以確定折線的 相鄰部分之間的距離(步驟232)。在備選實施例中，可以在針對所選 的第一分片層的步驟226至232中的一個或者更多步驟之后執(zhí)行步驟 224中對閾值壁寬的確定。
然后主機16確定相鄰部分之間的距離是否小于閾值壁寬(即，小于單一路寬)(步驟234)。如果是，則主機16調(diào)整折線的相鄰部分的位
置，使得部分之間調(diào)整后的壁寬約等于閾值壁寬(即，約等于路寬)
(步驟236)。然后主機16基于具有調(diào)整后的部分的折線來生成當(dāng)前分 片層的一條或者更多工具路徑(步驟238)。由于部分之間調(diào)整后的壁 寬約等于路寬，因此為薄壁區(qū)域生成了單一工具路徑。
然后主機16確定當(dāng)前分片層是否為針對薄壁幾何形狀要分析的 CAD模型的最后一個分片層(步驟240)。如果不是，則主機16進行至 CAD模型的下一個分片層(步驟242)，并且對每一個其余分片層重復(fù) 步驟230至238。這修改了CAD模型的每一個分片層中的薄壁區(qū)域的幾 何形狀，使得每一個薄壁區(qū)域具有至少約等于沉積的構(gòu)建材料的路寬 的寬度。當(dāng)分析了最后一個分片層時(步驟240)，主機16然后將相應(yīng) 構(gòu)建數(shù)據(jù)中繼至控制器M (圖l所示)，以使用分層沉積系統(tǒng)12來構(gòu)建 3D對象(步驟244)。
由于每一個分片層的折線的調(diào)整后的部分被分開約等于路寬的 距離，因此主機16能夠為薄壁區(qū)域生成工具路徑。這允許薄壁區(qū)域為 隨后形成的層提供層間支撐。在一個實施例中，以與以上針對方法70 所述相同的方式來執(zhí)行方法222的步驟232至236，其中閾值壁寬約等于 路寬。此外，還可以以與以上針對方法206所述相同的方式來對多條折 線執(zhí)行方法222。
圖9是方法246的流程圖，方法246為方法46 (圖3所示)和方法222 (圖8所示)的組合。因此，方法246適用于降低創(chuàng)建過度填充條件的 風(fēng)險，并且用于在構(gòu)建操作期間提供對3D對象的層間支撐。方法246 包括步驟248至272，并且首先涉及建立用于分層沉積系統(tǒng)(例如圖l 所示的分層沉積系統(tǒng)12)的"第一閾值壁寬"以及"第二閾值壁寬" (步驟248)。第一閾值壁寬與方法222的步驟224中的上述閾值壁寬相 同。相應(yīng)地，第一閾值壁寬約等于沉積的構(gòu)建材料的路寬。第二閾值 壁寬與方法46的步驟48中的上述閾值壁寬相同。因此，合適的第二閾 值壁寬的示例包括以上針對方法46的步驟48中的閾值壁寬所討論的閾 值壁寬。
一旦建立了第一和第二閾值壁寬，將CAD模型分片為多個分片
25層，其中每一個分片層包括一條或者更多折線(步驟250)。然后主機 16選擇第一分片層以進行分析(步驟252)，并且標(biāo)識所選分片層的折 線的坐標(biāo)(步驟254)。然后分析所標(biāo)識的折線以確定折線的相鄰部分 之間的距離(步驟256)。在備選實施例中，可以在針對第一所選分片 層的步驟250至256中的一個或者更多之后執(zhí)行步驟248中對第一和第 二閾值壁寬的確定。
然后主機16確定相鄰部分之間的距離是否小于第一閾值壁寬 (即，小于單一路寬)(步驟258)。該步驟允許主機16確定壁寬是否過 窄而不足以沉積構(gòu)建材料的單一路線。如果是，則主機16調(diào)整折線的 相鄰部分的位置，使得部分之間調(diào)整后的壁寬約等于第一閾值壁寬 (即，約等于路寬)(步驟260)。然后主機16基于具有調(diào)整后的部分的 折線來為當(dāng)前分片層生成一條或者更多工具路徑(步驟266)。
如果相鄰部分之間的距離不小于第一閾值壁寬(步驟258)，則主 機16確定相鄰部分之間的距離是否小于第二閾值壁寬(步驟262)。該 步驟允許主機16確定該壁寬是否可能創(chuàng)建過度填充條件。由于主機16 已經(jīng)在步驟258中確定相鄰部分之間的距離至少與單一路寬一樣大，步 驟262有效地確定相鄰部分之間的距離是否落在第一和第二閾值壁寬 之間。如果相鄰部分之間的距離小于第二閾值壁寬，則主機16調(diào)整折 線的相鄰部分的位置，使得部分之間調(diào)整后的壁寬約等于第二閾值壁 寬，或者更大(步驟264)。然后主機16基于具有調(diào)整后的部分的折線 來為當(dāng)前分片層生成一條或者更多工具路徑。(步驟266)。
在一個實施例中，主機16為當(dāng)前分片層的每一個薄壁區(qū)域執(zhí)行步 驟256至264。因此，對于當(dāng)前分片層，可以根據(jù)步驟260來調(diào)整折線的 第一區(qū)域的部分并且可以根據(jù)步驟264來調(diào)整折線的第二區(qū)域的部分。 在本實施例中，有利地，根據(jù)方法70 (圖4所示)來執(zhí)行步驟256、 258 以及260，其中"閾值壁寬"指第一閾值壁寬，并且有利地根據(jù)方法70 來執(zhí)行步驟256、 262以及264，其中"閾值壁寬"指第二閾值壁寬。這 允許方法246修改單一分片層中的多個薄壁區(qū)域的幾何形狀，其中薄壁 區(qū)域比路寬更窄或者可能創(chuàng)建過度填充條件。
在生成工具路徑之后，然后主機16確定當(dāng)前分片層是否是針對薄
26壁幾何形狀要分析的CAD模型的最后一個分片層(步驟268)。如果不 是，則主機16進行至CAD模型的下一個分片層(步驟270)，并且對每 一個其余分片層重復(fù)步驟254至266。這修改了CAD模型的每一個分片 層中的薄壁區(qū)域的幾何形狀。當(dāng)分析了最后一個分片層之后(步驟 268)，主機16將相應(yīng)構(gòu)建數(shù)據(jù)中繼至控制器14 (圖l所示)，以使用分 層沉積系統(tǒng)12來構(gòu)建3D對象(步驟272)。
方法248示出了用于調(diào)整給定分片層的折線的相鄰部分的位置的 合適實施例，并且起到與方法46和222類似的作用。例如，如果給定 CAD模型不包括具有小于第一閾值壁寬的任何部分，則步驟258和260 變得多余，從而將方法246簡化為與方法46相同的步驟。備選地，如果 給定CAD模型不包括具有大于第一閾值壁寬并且小于第二閾值壁寬 的壁寬的任何部分，則步驟262和264變得多余，從而將方法246簡化為 與方法222相同的步驟。此外，可以與以上針對方法206 (圖7所示)所 述相同的方式對多條折線執(zhí)行方法246。
如上所述，基于閾值壁寬的不同值，本發(fā)明適用于為各種目的來 修改薄壁區(qū)域的幾何形狀(例如減少過度填充條件并且提供層間支 撐)。這提高了構(gòu)建操作期間3D對象的質(zhì)量。盡管已經(jīng)參照優(yōu)選實施 例描述了本發(fā)明，本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到，可以在不背離本發(fā)明的 精神和范圍的情況下在形式和細節(jié)上作出改變。
權(quán)利要求
1、一種用于修改三維對象的計算機輔助設(shè)計模型的方法，所述方法包括建立閾值壁寬；提供計算機輔助設(shè)計模型的至少一條分片層折線，所述至少一條分片層折線包括第一部分和第二部分；確定所述第一部分和所述第二部分之間的第一距離；以及在所述第一距離小于所述閾值壁寬的情況下，調(diào)整所述第一部分和所述第二部分的位置，以提供所述第一部分和所述第二部分之間的第二距離，其中，所述第二距離約等于所述閾值壁寬或者大于所述閾值壁寬。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其中，所述閾值壁寬的范圍從路 寬的大約150%到路寬的大約200%，所述路寬是從分層沉積系統(tǒng)沉積的構(gòu)建材料的路寬。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述閾值壁寬的范圍從所 述路寬的大約160%到所述路寬的大約180% 。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其中，所述閾值壁寬約等于所述 路寬。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其中，所述第一部分包括第一頂 點，所述第二部分包括第二頂點，并且，調(diào)整所述第一部分和所述第 二部分的位置包括針對所述第一頂點生成第一調(diào)整向量； 針對所述第二頂點生成第二調(diào)整向量； 基于所述第一調(diào)整向量來重定位所述第一頂點；以及 基于所述第二調(diào)整向量來重定位所述第二頂點。
6、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其中，所述第一部分包括將第一 段和第二段互連的第一頂點，所述第二部分包括將第三段和第四段互 連的第二頂點，并且，確定所述第一距離包括-確定所述第一頂點與所述第三段和第四段之間的第一最小距離；以及確定所述第二頂點與所述第一段和第二段之間的第二最小距離。
7、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，還包括基于具有在調(diào)整后的位 置處的所述第一部分和所述第二部分的所述分片層折線來生成外圍工 具路徑。
8、 一種用于修改三維對象的計算機輔助設(shè)計模型的方法，所述 方法包括-建立閾值壁寬；提供計算機輔助設(shè)計模型的至少一條分片層折線，所述至少一條 分片層折線包括多個頂點和多個段；確定所述多個頂點中的第一頂點和所述多個段中的至少一段之 間的第一距離；以及在所述距離小于所述閾值壁寬的情況下調(diào)整所述第一頂點的位置。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述閾值壁寬是從分層沉 積系統(tǒng)沉積的構(gòu)建材料的路寬的函數(shù)。
10、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，確定所述第一頂點和所述至少一段之間的第一距離包括在所述第一頂點的預(yù)定距離內(nèi)搜索所述多個頂點中的至少第二頂點，其中，所述第二頂點連接至所述至少一段；以及 確定所述第一頂點和所述至少一段之間的最小距離。
11、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，調(diào)整所述第一頂點的位置包括針對所述第一頂點，作為所述閾值壁寬的函數(shù)來生成調(diào)整向量；以及基于所述調(diào)整向量來重定位所述第一頂點。
12、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述閾值壁寬是第一閾 值壁寬，所述方法還包括建立第二閾值壁寬；以及在所述距離小于所述第二閾值壁寬的情況下調(diào)整所述第一頂點的位置。
13、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，還包括基于具有在調(diào)整后的 位置處的所述第一頂點的所述分片層折線來生成外圍工具路徑。
14、 一種用于修改三維對象的計算機輔助設(shè)計模型的方法，所述方法包括建立閾值壁寬；提供計算機輔助設(shè)計模型的至少一條分片層折線， 所述至少一條分片層折線包括 將第一段與第二段互連的第一頂點；以及將第三段與第四段互連的第二頂點； 確定所述第一頂點與所述第一段和第二段之間的第一最小距離； 確定所述第二頂點與所述第三段和第四段之間的第二最小距離； 在所述第一最小距離小于所述閾值壁寬的情況下調(diào)整所述第一 頂點的位置；以及在所述第二最小距離小于所述閾值壁寬的情況下調(diào)整所述第二 頂點的位置，其中，調(diào)整后的第一頂點和調(diào)整后的第二頂點之間調(diào)整 后的距離約等于所述閾值壁寬或者大于所述閾值壁寬。
15、 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，所述閾值壁寬的范圍從 路寬的大約150%到路寬的大約200%，所述路寬是從分層沉積系統(tǒng)沉 積的構(gòu)建材料的路寬。
16、 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述閾值壁寬的范圍從 所述路寬的大約160%到所述路寬的大約180%。
17、 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，所述閾值壁寬約等于所 述路寬。
18、 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，調(diào)整所述第一頂點的位 置包括針對所述第一頂點，作為所述閾值壁寬的函數(shù)來生成第一調(diào)整向 量；以及基于所述第一調(diào)整向量來重定位所述第一頂點。
19、 根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中，調(diào)整所述第二頂點的位置包括針對所述第二頂點，作為所述閾值壁寬的函數(shù)來生成第二調(diào)整向 量；以及基于所述第二調(diào)整向量來重定位所述第二頂點。
20、根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，所述至少一條分片層折線包括第一折線和第二折線，并且所述第一頂點位于所述第一折線上 而所述第二頂點位于所述第二折線上。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于修改三維對象的計算機輔助設(shè)計模型的方法，所述方法包括確定閾值壁寬；提供計算機輔助設(shè)計模型的至少一條分片層折線；確定所述至少一條分片層折線的第一和第二部分之間的第一距離；以及在所述第一距離小于所述閾值壁寬的情況下調(diào)整所述第一和第二部分的位置以提供第二距離，其中，所述第二距離約等于所述閾值壁寬或大于所述閾值壁寬。
文檔編號G06F19/00GK101689229SQ200880023798
公開日2010年3月31日 申請日期2008年7月11日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月11日
發(fā)明者唐納德·J·德爾茲沃思 申請人:斯特拉塔西斯公司