一种增材制造方法及装置与流程

本发明涉及增材制造的方法及装置领域，尤其涉及Rapid Prototyping、3D Printing、Solid Free-form Fabrication及其改进方法。

背景技术：

增材制造(Additive Manufacturing，AM)技术是采用材料逐渐累加的方法制造实体零件的技术，相对于传统的材料去除-切削加工技术，是一种“自下而上”的制造方法。近二十年来，AM技术取得了快速的发展，“快速原型制造”、“三维打印”、“实体自由制造”之类各异的叫法分别从不同侧面表达了这一技术的特点。该技术是指基于离散-堆积原理，由零件三维数据驱动直接制造零件的科学技术体系。基于不同的分类原则和理解方式，增材制造技术还有快速原型、快速成形、快速制造、3D打印等多种称谓，其内涵仍在不断深化，外延也不断扩展，这里所说的“增材制造”与“快速成形”、“快速制造”意义相同。

其主要应用领域在于以激光束、电子束、等离子或离子束为热源，加热材料使之结合、直接制造零件的方法，称为高能束流快速制造，是增材制造领域的重要分支，在工业领域最为常见。

增材制造设备与现代微机技术紧密相关，它由零件的三维数据驱动，设备接受三维数据之后，转换为加工步骤，从而直接制造零件。同时随着计算机软硬件技术的发展，增材制造技术内涵仍在不断深化，类型也不断扩展。当前增材制造技术主要有以下几种实现途径：

1、光固化打印，这是采用紫外线在液态光敏树脂表面进行扫描，每次生成一定厚度的薄层，从底部逐层生成物体。光固化打印的优点是原材料的利用率高(接近100％)，尺寸精度高，表面质量优良，可用于制作结构复杂的模型，并且打印设备尺寸、重量较小，缺点是原材料种类有限。

2、选择性激光烧结打印，即采用高功率的激光，对粉末加热使其烧结成型。选择性激光烧结工艺的优点是材料范围广，除可烧结塑料、尼龙。聚碳酸酯等非金属材料，还可打印金属材料，且打印时无需支撑，打印的零件机械性能好、强度高。缺点是粉末状材料比较松散，打印精度较难控制，且打印设备价格昂贵。

3、熔融沉积打印是采用热融喷头，使塑性材料熔化后从喷头内挤压而出，并沉积在指定位置固化成型。即类似于“挤牙膏”的过程。这种打印方式价格低廉、体积小、操作难度相对较小，适合于家用和办公室打印，缺点是成型件表面有明显的条纹，产品层间的结合强度低、反应速度慢。

4、3D打印，这是采用类似喷墨打印机喷头的工作方式，这种工艺与选择性激光烧结十分类似，只是将激光烧结过程改为喷头粘连，光栅扫描器改为粘接剂喷头。3D打印的优点是打印速度快、成本较低，缺点是打印出来的产品机械强度不高。

增材制造技术实用化之后，迅速被运用于多个领域。在军事领域，增材制造技术首先在航空航天领域得到应用，随后开始向海军装备制造领域推广。目前，增材制造技术的使用方向主要有：

小型关键零件的制造，尤其是传感器的制造，可利用电子束熔化处理合金后逐层烧结，以获得传感器基本结构，兼顾性能和制造成本。

增材制造技术主要优势在于该技术不需要传统的刀具和夹具以及多道加工工序，在一台设备上可快速精密地制造出任意复杂形状的零件，从而实现了零件“自由制造”，解决了许多复杂结构零件的成形，并大大减少了加工工序，缩短了加工周期。而且产品结构越复杂，其制造速度的作用就越显著。

复合材料构件是航空制造技术未来的发展方向，西安交大研究了大型复合材料构件低能电子束原位固化纤维铺放制造设备与技术，将低能电子束固化技术与纤维自动铺放技术相结合，研究开发了一种无需热压罐的大型复合材料构件高效率绿色制造方法，可使制造过程能耗降低70％，节省原材料15％，并提高了复合材料成型制造过程的可控性、可重复性，为复合材料构件绿色制造提供了新的自动化制造方法与工艺。

增材制造技术已成为先进制造技术的一个重要的发展方向，其发展趋势有三：(1)复杂零件的精密铸造技术应用；(2)金属零件直接制造方向发展，制造大尺寸航空零部件；(3)向组织与结构一体化制造发展。未来需要解决的关键技术包括精度控制技术、大尺寸构件高效制造技术、复合材料零件制造技术。目前，在电子、电气增材制造技术上取得了重要进展。称为立体电路技术(SEA，SLS+LDS)。电子电器领域增材技术是建立了现有增材技术之上的一种绿色环保型电路成型技术，有别于传统二维平面型印制线路板。传统的印制电路板是电子产业的粮食，一般采用传统的不环保的减法制造工艺，即金属导电线路是蚀刻铜箔后形成的，新一代增材制造技术采用加法工艺：用激光先在产品表面镭射后，再在药水中浸泡沉积上去。这类技术与激光分层制造的增材制造相结合的一种途径是：在激光选择性烧结粉体中加入特殊组份，先3D打印再用3D立体电路激光机沿表面镭射电路图案，再化学镀成金属线路。

发明专利：用于增材制造的方法(申请号：201480070021.9)中公开了一种通过连续熔合粉末床的部分的连续熔合形成三维物品的方法

一种通过连续熔合粉末床的部分的连续熔合形成三维物品的方法，包括：提供三维物品的模型，在工作台上施加第一粉末层，将能量束引导到工作台上，促使第一粉末层根据模型在所选择的位置熔合，以形成三维物品的第一截面；在工作台上施加第二粉末层，将能量束引导到工作台上，促使第二粉末层根据模型在所选择的位置熔合，以形成三维物品的第二截面，其中，第二层被粘结到第一层，至少在第二粉末层中的至少两个位置检测局部厚度，根据所检测的第二粉末层的局部厚度，改变能量束参数。该方法还是通过对增材对象进行整体打印来实现的，使得整个制造过程出现时间较长，效率较低的问题。

技术实现要素：

针对现有技术之不足，本发明提供了一种增材制造装置，所述装置包括：数据分析单元和增材制造单元，所述增材制造装置(AM)还包括模块嵌入单元和反馈单元，其中所述模块嵌入单元基于所述数据分析单元在监控所述增材制造单元执行增材制造进程期间所采集的数据以及所述数据分析单元基于增材制造的进程并结合增材制造的对象确定待嵌入模块的模块参数将至少一个预制模块附接至正在进行或即将开始进行增材制造的对象或对象半成品。

一般情况下，数据分析单元是增材制造装置所固有的模块，而且在增材制造过程中数据分析单元必须如实记录和分析增材进程期间所采集的数据；而反馈单元也是增材制造装置所固有的模块，其用于实时监测数据并及时进行调整或预警。本发明利用了增材制造装置所固有的模块及其所必须采集的数据，对现有设备的改造成本很低，同时又不必增加额外的硬件设计成本。而通过数据分析预先确定待嵌入模块的模块参数并根据可选用的多种形态和/或材质的预制模块来以“搭积木”的方式快速完成增材制造的中间阶段，从而达到了省时的技术效果。

通过在增材制造过程中加入模块，大大节省了增材制造的时间，从而提升了制造效率。同时，通过在增材制造过程中引入了模块，使得增材制造对象可以实现多组分构成，从而实现增材制造对象的多材料混合制造过程。从而，避免了材料的浪费，实现了材料的最大化利用。同时，增材制造过程中引入的模块在增材对象废弃时，还可以快速回收利用，降低了产品换代的成本，节约了原材料。

根据一个优选实施方式，本发明可以设置预制模块提供单元，预制模块提供单元具有同时提供多个不同预制模块的模块供应机构，以便同步地实现多模块供应。

根据一个优选的实施方式，所述模块嵌入单元基于所述数据分析单元在监控所述增材制造单元执行增材进程期间所采集的数据和/或增材制造单元提供的包含待增材对象各个增材制造阶段的三维立体数据和完成时间数据完成模块的预嵌入触发，并基于数据分析模块提供的待嵌入模块的模块参数由预制模块供应单元完成待嵌入模块的调取过程。

预嵌入触发是相对于现有技术的一次革新，其有别于传统增材制造的连续执行，而是将增材制造进程拆分成若干阶段。在各个阶段可以分别插入一种模块，而相应模块的选择是由数据分析模块来决定的。具体而言，数据分析模块提供待嵌入模块的模块参数，该模块参数被发送至预制模块供应单元，由预制模块供应单元根据该模块参数(或许也参考后续反馈单元的数据和来自数据分析模块的增材制造进程数据)来启动调取过程。

根据一个优选的实施方式，所述增材制造装置还包括反馈单元，其中，在将至少一个预制模块附接至正在进行或即将开始进行增材制造的对象或对象半成品时，所述模块嵌入单元还考虑所述反馈单元反馈的增材制造过程中的实时监测数据，其中，所述数据分析单元基于反馈单元提供的增材进程的实时监测数据，完成嵌入时间点、嵌入位置的再次验证，所述模块嵌入单元在所述数据分析单元完成反馈单元实时监测数据验证的基础上接收数据分析单元的控制数据完成由预制模块供应单元调取的预制模块的镶嵌、连接或插入。

根据一个优选的实施方式，所述数据分析单元在监控所述增材制造单元执行增材进程期间所采集的数据包括所述增材制造单元执行增材命令过程中完成的操作数据；

所述反馈单元反馈的增材制造过程中实时监测数据包括增材对象的实时三维立体数据；

所述待嵌入模块的模块参数包括待嵌入模块的材料、数量、形状、排列模式以及插入时间点数据。

根据一个优选的实施方式，所述增材制造装置还包括制造数据采集单元，所述制造数据采集单元采集待制造对象的三维立体数据、材料数据、成形时间数据、模块镶嵌程序数据；制造数据采集单元将采集的待制造对象的参数信息发送至增材制造单元和数据分析单元；所述数据分析单元用于控制增材制造单元进行增材过程，所述数据分析单元用于控制模块镶嵌单元进行模块镶嵌过程。

制造数据采集单元可以一体集成至所述增材制造装置，也可以是独立的外置单元，其例如通过蓝牙或WiFi数据链接至所述增材制造装置。制造数据采集单元可以具有数据库或3D扫描

根据一个优选的实施方式，所述待嵌入模块包含一个或多个基模，所述基模通过形状配合、材料配合或力配合的方式完成各个基模的连接，并搭建形成模块；所述形状配合包括基模间卡合与咬合连接关系；所述材料配合包括基模间粘合连接关系；所述力配合包括磁性力连接关系；所述基模为相同或不同立体结构；所述基模为规则或不规则立体结构。

根据一个优选的实施方式，所述待嵌入模块为规则或不规则立体结构，所述排列模式包括模块与增材制造对象的包含模式、镶嵌模式和搭接模式；所述插入时间点包括在增材制造对象进行增材作业之前、进行增材作业过程中或进行增材作业结束后；所述模块的材料包括与增材制造过程中增加的材料相同和/或不同的材料。

根据一个优选的实施方式，所述模块与增材制造过程中增加的材料形成的结构通过形状配合、材料配合或力配合的方式完成连接，并共同构成增材对象。

根据一个优选的实施方式，所述增材制造方法包括：数据采集步骤、分析步骤、增材加工步骤和模块嵌入步骤，其中，在数据采集步骤中，实现待制造对象的三维立体数据、材料数据、成形时间数据、模块镶嵌程序数据的采集；在所述分析步骤中，根据增材制造的进程并结合增材制造的对象来确定所需要插入的模块的材料、数量、形状、排列模式以及插入时间；在增材加工步骤中，基于采集的待制造对象的参数信息完成增材过程；在所述模块嵌入步骤中，取得待制造对象的增材进程期间执行增材命令过程中完成的操作数据、实时监控数据和待嵌入模块的模块参数完成模块镶嵌、连接或插入过程。

根据一个优选的实施方式，所述模块嵌入步骤中，基于增材进程期间执行增材命令过程中完成的操作数据和/或待制造对象各个增材制造阶段的三维立体数据和完成时间数据完成模块的预嵌入触发，并基于包含模块材料、数量、形状的分析数据完成待嵌入模块的调取过程；同时基于增材进程的实时监测数据，完成嵌入时间点、嵌入位置的再次验证，并在完成实时监测数据验证的基础上接收嵌入控制数据完成制造对象的模块镶嵌、连接或插入；所述增材制造方法或技术至少适用于光固化打印、选择性激光烧结打印、熔融沉积打印、3D打印。

附图说明：

图1是本发明装置各模块连接关系示意图；

图2是本发明装置进行熔融沉积打印的示意图；

图3是利用本发明进行熔融沉积打印完成的第一物品结构示意图；

图4是利用本发明进行熔融沉积打印完成的第二物品结构示意图；

图5是利用本发明进行熔融沉积打印完成的第三物品结构示意图；

图6是利用本发明进行熔融沉积打印完成的第四物品结构示意图；

图7是利用本发明进行熔融沉积打印完成的第五物品结构示意图；

图8是利用本发明进行熔融沉积打印完成的第六物品结构示意图；

图9是利用本发明进行熔融沉积打印完成的第七物品结构示意图；

图10是利用本发明进行熔融沉积打印完成的第八物品结构示意图；

图11是利用本发明进行熔融沉积打印完成的第九物品结构示意图；

图12是利用本发明进行熔融沉积打印完成的第十物品结构示意图；和

图13是利用本发明进行熔融沉积打印完成的第十一物品结构示意图。

附图标记

101：制造数据采集单元 102：数据分析单元 103：增材制造单元

104：模块嵌入单元 105：反馈单元

200：目标物体 201：转台

202：数据分析控制模块 203：第一机械手

204：第二机械手 205：模块嵌入机械手

206：三维数据扫描监控模块 207：模块仓

208：第一物体 209：第二物体

210：第三物体 211：第四物体

212：第五物体 213：第六物体

214：第七物体 215：第八物体

216：第九物体 217：第十物体

218：第十一物体

具体实施方式

下面结合实施例进行详细说明。

如图1所示，一种增材制造装置，所述增材制造装置包括：制造数据采集单元101、数据分析单元102、增材制造单元103、模块嵌入单元104和反馈单元105。其中，所述制造数据采集单元101采集待制造对象的三维立体数据、材料数据、成形时间数据、模块镶嵌程序数据。制造数据采集单元101将采集的待制造对象的参数信息发送至增材制造单元103和数据分析单元102。所述数据分析单元102用于控制增材制造单元103进行增材过程。所述数据分析单元102用于控制模块镶嵌单元进行模块镶嵌过程。所述数据分析单元102根据增材制造的进程并结合增材制造的对象来确定所需要插入的模块的材料、数量、形状、排列模式以及插入时间点。所述增材制造装置还包括预制模块供应单元，所述阈值模块供应单元用于根基分析模块102提供的待嵌入模块的模块参数信息实现多种模块的筛选、排列和提供。

所述模块嵌入单元104基于所述数据分析单元102在监控所述增材制造单元103执行增材进程期间所采集的数据、所述反馈单元105反馈的增材制造过程中实时监测数据以及所述数据分析单元102基于增材制造的进程并结合增材制造的对象确定待嵌入模块的模块参数将至少一个预制模块附接至正在进行或即将开始进行增材制造的对象或对象半成品。根据一个优选的实施方式，所述数据分析单元102在监控所述增材制造单元103执行增材进程期间所采集的数据包括所述增材制造单元103执行增材命令过程中完成的操作数据。所述反馈单元105反馈的增材制造过程中实时监测数据包括增材对象的实时三维立体数据。所述待嵌入模块的模块参数包括待嵌入模块的材料、数量、形状、排列模式以及插入时间点数据。例如，所述操作数据可以是第一机械手203和/或第二机械手204进行的增材制造数据。所述监测数据可以是当前增材对象的实时形状数据和三维立体数据等。

所述模块嵌入单元104基于所述数据分析单元102在监控所述增材制造单元103执行增材进程期间所采集的数据和/或增材制造单元103提供的包含待增材对象各个增材制造阶段的三维立体数据和完成时间数据完成模块的预嵌入触发，并基于数据分析模块102提供的待嵌入模块的模块参数由预制模块供应单元完成待嵌入模块的调取过程。

所述数据分析单元102基于反馈单元105提供的增材进程的实时监测数据，完成嵌入时间点、嵌入位置的再次验证，所述模块嵌入单元104在所述数据分析单元102完成反馈单元105实时监测数据验证的基础上接收数据分析单元102的控制数据完成由预制模块供应单元调取的预制模块的镶嵌、连接或插入。

所述装置通过如下方法实现增材制造，其中，所述增材制造方法包括：数据采集步骤、分析步骤、增材加工步骤和模块嵌入步骤。其中，在数据采集步骤中，实现待制造对象的三维立体数据、材料数据、成形时间数据、模块镶嵌程序数据的采集。在所述分析步骤中，根据增材制造的进程并结合增材制造的对象来确定所需要插入的模块的材料、数量、形状、排列模式以及插入时间。在增材加工步骤中，基于采集的待制造对象的参数信息完成增材过程。在所述模块嵌入步骤中，取得待制造对象的增材进程期间执行增材命令过程中完成的操作数据、实时监控数据和待嵌入模块的模块参数完成模块镶嵌、连接或插入过程。

所述模块嵌入步骤中，基于增材进程期间执行增材命令过程中完成的操作数据和/或待制造对象各个增材制造阶段的三维立体数据和完成时间数据完成模块的预嵌入触发。并基于包含模块材料、数量、形状的分析数据完成待嵌入模块的调取过程。同时，基于增材进程的实时监测数据，完成嵌入时间点、嵌入位置的再次验证。并在完成实时监测数据验证的基础上接收嵌入控制数据完成制造对象的模块镶嵌、连接或插入。

根据一个优选的实施方式，前述增材制造方法或装置至少适用于光固化打印、选择性激光烧结打印、熔融沉积打印、3D打印等增材技术。所述增材制造方法或装置还适用于快速原型法或磨蚀方法，包括塑料或蜡的熔层模制/制造(FLM)、塑料或蜡且尤其是丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物或者聚交酯的熔合沉积模制(FDM)、塑料膜的层叠物体模制(LOM)、塑料膜的层叠制造(LLM)、塑料或蜡的电子束熔化(EBM)、蜡或塑料且尤其是热塑性塑料或紫外敏感型光敏聚合、聚酰胺浇注件的多射流成型(MJM)和塑料的选择性激光熔化(SLM)，塑料或蜡尤其是热塑性塑料如聚碳酸酯、聚酰胺或聚氯乙烯的选择性激光烧结(SLS)，塑料颗粒或塑料粉末的3D打印(3DP)和塑料或蜡的空间复杂成型(SPM)，塑料或蜡的光固化立体成型(STL或SLA)、尤其是液态树脂、热固性塑料或弹性体材料的磨削或者多轴铣削法或者光聚合液态塑料的数字光处理(DLP)。

所述光固化打印为采用紫外线在液态光敏树脂表面进行扫描，每次生成一定厚度的薄层，从底部逐层生成物体。光固化打印的优点是原材料的利用率高(接近100％)，尺寸精度高，表面质量优良，可用于制作结构复杂的模型，并且打印设备尺寸、重量较小，缺点是原材料种类有限。

所述选择性激光烧结打印，即采用高功率的激光，对粉末加热使其烧结成型。选择性激光烧结工艺的优点是材料范围广，除可烧结塑料、尼龙。聚碳酸酯等非金属材料，还可打印金属材料，且打印时无需支撑，打印的零件机械性能好、强度高。缺点是粉末状材料比较松散，打印精度较难控制，且打印设备价格昂贵。

所述熔融沉积打印是采用热融喷头，使塑性材料熔化后从喷头内挤压而出，并沉积在指定位置固化成型。即类似于“挤牙膏”的过程。这种打印方式价格低廉、体积小、操作难度相对较小，适合于家用和办公室打印，缺点是成型件表面有明显的条纹，产品层间的结合强度低、反应速度慢。

所述3D打印是采用类似喷墨打印机喷头的工作方式，这种工艺与选择性激光烧结十分类似，只是将激光烧结过程改为喷头粘连，光栅扫描器改为粘接剂喷头。3D打印的优点是打印速度快、成本较低，缺点是打印出来的产品机械强度不高。

根据一个优选的实施方式，所述模块材料包括与增材制造过程中增加的材料相同和/或不同的材料。所述增材制造过程中增加的材料可以是光聚合物、蜡、石膏、陶瓷、金属、铸造砂、纸、塑料膜中的一种或多种。所述模块的材料可以是与增材制造过程中添加的材料相同的材料，也可以是不同的材料，例如，还可以是标准切割的石料，标准木块、磁性材料模块和筑造的混凝土模块等。

根据一个优选的实施方式，所述增材制造过程中插入的模块可以一个或多个。所述模块与增材制造过程中增加的材料形成的结构通过形状配合、材料配合或力配合的方式完成连接，并共同构成增材对象。增材制造过程中涉及的模块不止一个时，所述模块与模块间也可以通过形状配合、材料配合或力配合的方式完成连接。

所述形状配合即是模块与模块间或模块与增材对象间具有相同或相应的形状或结构，从而使得模块与模块或模块与增材对象间可以相互镶嵌或配合连接。例如，一个球形模块可以与一个具有等半径圆弧凹槽的另一模块镶嵌连接，或者一个正方体模块可以与一个具有等边长凹槽的另一模块镶嵌连接，或者一个具有轴的模块可以与一个具有孔的模块通过轴和孔实现连接配合关系，所述轴与空的配合关系还包括间隙配合、过盈配合与过渡配合。其中孔的尺寸减去相配轴的尺寸所得的代数差称为间隙或过盈。此差值为正时是间隙，为负时是过盈。按间隙或过盈及其变动的特征，配合分为间隙配合、过盈配合和过渡配合

根据一个优选的实施方式，基本尺寸相同的相互结合的孔和轴公差带之间的关系，决定结合的松紧程度。孔的尺寸减去相配合轴的尺寸所得的代数差为正时称间隙，为负时称过盈，有时也以过盈为负间隙。按孔、轴公差带的关系，即间隙、过盈及其变动的特征，配合可以分为3种情况：一是间隙配合。孔的公差带在轴的公差带之上，具有间隙(包括最小间隙等于零)的配合。间隙的作用为补偿各种误差等，其大小影响孔、轴相对运动程度。间隙配合主要用于孔、轴间的活动联系，如滑动轴承与轴的联接。二是过盈配合。孔的公差带在轴的公差带之下，具有过盈(包括最小过盈等于零)的配合。过盈配合中，由于轴的尺寸比孔的尺寸大，故需采用加压或热胀冷缩等办法进行装配。过盈配合主要用于孔轴间不允许有相对运动的紧固联接，如大型齿轮的齿圈与轮毂的联接。三是过渡配合。孔和轴的公差带互相交叠，可能具有间隙、也可能具有过盈的配合(其间隙和过盈一般都较小)。过渡配合主要用于要求孔轴间有较好的对中性和同轴度且易于拆卸、装配的定位联接，如滚动轴承内径与轴的联接。配合中允许间隙或过盈的变动量称为配合公差。它等于相互配合的孔、轴公差之和，表示配合松紧的允许变动范围。

通过形状配合可以避免模块与模块间或模块与增材对象间的二次连接加工，避免了在通过焊接、热塑和穿孔等连接过程中对模块和/或增材对象的立体结构或材料性能的破坏。

根据一个优选的实施方式，模块与模块间或模块与增材对象间还可以通过材料配合实现相互连接。对于材料连接，优选在提供预制模块之前，先在预制模块上涂抹粘合剂，而后才将相应模块用于构成相应模块组合，以加速增材制造。此处采用

根据一个优选的实施方式，模块与模块间或模块与增材对象间还可以通过力配合实现相互连接。所述力配合过程的力可以是自身重力或磁力等，也可以是其它模块或增材材料施加的压力等。例如，所述力配合可以通过模块自身重力实现与增材对象或其它模块相连，或者可以一个模块可以通过其它模块或增材过程中形新增加的材料的压力实现模块与模块间的连接。例如，可通过磁性材料实现模块与模块间或模块与增材对象间的相互连接。同时，还可以通过不同材料的选择组合实现增材对象使用性能的提高。例如，模块间的齿轮配合和孔轴配合过程中，通过将一个模块设置为塑料，另一模块设置为金属可以有效的降低材料磨损率。避免了相同材质的金属会加剧磨料磨损。用金属和塑料的结合，可以有效的提高齿轮或孔轴间的抗磨性，塑料齿轮还可以有效的缓解传动时的冲击力，降低传动时产生的噪音等。

根据一个优选的实施方式，所述模块包含一个或多个基模。所述基模通过形状配合、材料配合或力配合的方式完成各个基模的连接，并搭建形成模块。所述形状配合包括基模间卡合与咬合连接关系；所述材料配合包括基模间粘合连接关系；所述力配合包括磁性力连接关系。所述基模为相同或不同立体结构；所述基模为规则或不规则立体结构。

根据一个优选的实施方式，所述模块为规则或不规则立体结构。根据一个优选的实施方式，所述排列模式包括模块与增材制造对象的包含模式、镶嵌模式和搭接模式。根据一个优选的实施方式，所述插入时间包括在增材制造对象进行增材作业之前、进行增材作业过程中或进行增材作业结束后。

在所述模块嵌入步骤中，取得所确定的模块的形状和数量并按照所确定的排列模式将所述模块进行搭接和/或嵌入到正在进行增材制造的对象之内或之上。

根据一个优选的实施方式，所述数据分析单元102是根据增材制造的进程并结合增材制造的对象来确定所需要插入的模块的材料、数量、形状、排列模式以及插入时间，并且所述模块嵌入单元104取得所确定的模块的形状和数量并按照所确定的排列模式将所述模块嵌入到正在进行增材制造的对象之内或之上。

制造数据采集单元101用于采集待制造对象的三维立体数据、材料数据、成形时间数据、模块镶嵌程序数据等。所述增材制造单元103用于实现在整个增材制造过程中按预设或采集的增材方案为所述待制造对象提供一种或多种增材材料。所述反馈单元105用于监测在增材制造过程中是否发生制造异常等情况，以及当前所处的制造阶段。所述数据分析单元102可用于针对不同的待制造对象的三维立体数据进行是否可以加入标准模块分析，或可以加入什么型号的标准模块能够最大程度的节省制造时间。所述数据分析单元102还可用于在增材制造过程中根据增材制造的进程并结合增材制造的对象来确定所需要插入的模块的材料、数量、形状、排列模式以及插入时间点。所述模块嵌入单元104用于实现在增材制造前、增材制造进程中和/或增材制造作业结束后向所述制造对象插入标准模块。

所述增材制造过程包括：通过制造数据采集单元101采集待制造对象的三维立体数据、材料数据、成形时间数据、模块镶嵌程序数据。根据一个优选的实施方式，所述三维立体数据采集过程可以通过直接导入CAD、3DMAX、PRO/E、Solidworks等三维制图软件图纸实现，也可以通过三维数据扫描监控模块206对现有物体的扫描来实现待制造对象三维数据的采集。制造数据采集单元101将采集的待制造对象的参数信息发送至增材制造单元103和数据分析单元102。由数据分析单元102控制增材制造单元103进行增材过程。由数据分析单元102控制模块镶嵌单元进行模块镶嵌过程。同时，在模块镶嵌过程中模块镶嵌基于增材制造单元103完成的增材进程数据、反馈单元105反馈的增材制造的实时监控数据和数据分析单元102提供的镶嵌时间点、模块材料、数量、形状和排列模式完成制造对象的模块镶嵌、连接或插入过程。

通过在增材制造过程中加入模块，使得增材制造过程不需从头开始，大大节省了增材制造的时间，从而提升了制造效率。同时，通过在增材制造过程中引入了模块，使得增材制造对象可以实现多组分构成，例如，模块材料与增材过程中添加的材料可以不同，或者，模块内部基模间也可以由不同的材料构成，从而实现增材制造对象的多材料混合制造过程。例如，可以实现塑料与金属的混合成型等。从而，避免了材料的浪费，实现了材料的最大化利用。同时，增材制造过程中引入的模块在增材对象废弃时，还可以快速回收利用，降低了产品换代的成本，节约了原材料。

实施例1

以本发明进行熔融沉积打印为例，进行说明。

如图2示出的本发明装置进行熔融沉积打印的示意图。所述打印装置至少包括转台201、数据分析控制模块202、第一机械手203、第二机械手204、模块嵌入机械手205、三维数据扫描监控模块206和模块仓207。所述转台201用于实现在三维数据扫描监控模块206对目标物体200进行扫描的过程中带动目标物体200转动。

制造数据采集单元101包括三维数据扫描监控模块206，数据分析单元102包括数据分析控制模块202。增材制造单元103包括第一机械手203和第二机械手204。所述第一机械手203至少具有6个自由度，可以实现多角度精细打印。所述第一机械手204至少具有4个自由度，可以实现增材制造过程中目标物体框架的快速打印。模块嵌入单元104包括模块嵌入机械手205和模块仓207、实体模块、空心模块和磁性模块等。所述模块仓207用于实现各类模块的分类储存，并可通过滑轨等装置实现各类模块的调取和传输。例如，所述模块仓储存有实体模块、空心模块和磁性模块三类模块，并分别通过滑轨传输至对应的模块输出位，由所述模块嵌入机械手205基于模块调取命令完成相应模块的调取。从而实现了各模块的分类管理、传输和调取，避免了模块在调取过程中发生调取错误，有助于提升增材制造过程的制造速度。

反馈单元105包括三维数据扫描监控模块206。在本实施例中，制造数据采集和反馈数据监控可以通过三维数据扫描监控模块206实现。

所述三维数据扫描监控模块206对目标物体200进行三维数据扫描，并将扫描的物体三维数据文件发给数据分析控制模块202，数据分析控制模块202对物体的三维数据文件分析后确定增材制造过程，然后数据分析控制模块202操控第一机械手203、第二机械手204和模块嵌入机械手205开始增材制造过程。

根据一个优选的实施方式，数据分析控制模块202将目标物体200的制造过程可以分为十一个步骤：

步骤一：第一机械手203先制造一个如图3所示的一个具有外围边框的第一物体208。

步骤二：模块嵌入机械手205将至少一个实体模块A放到预设位置构成如图4所示第二物体209。

步骤三：第一机械手203继续补充边框构成如图5所示的第三物体210。

步骤四：模块嵌入机械手205将至少一个空心模块B放到预设位置构成如图6所示的第四物体211。

步骤五：第二机械手204为每个空心模块B填充材料构成如图7所示的第五物体212。

步骤六：第一机械手203继续补充边框构成如图8所示的第六物体213。

步骤七：模块嵌入机械手205将至少一个磁性模块C放到相应的位置构成如图9所示的第七物体214。

步骤八：第二机械手204为磁性模块C填充材料构成如图10所示的第八物体215。

步骤九：第一机械手203继续补充边框构成如图11所示的第九物体216。

步骤十：模块嵌入机械手205将至少一个模块D放到相应的位置构成如图12所示的第十物体217。

步骤十一：第二机械手204为模块D填充材料构成如图13所示的第十一物体218，也即是完成目标物体200的复制或再制造过程。

其中，图3至图13为通过熔融沉积打印法对目标物体200复制过程中各阶段的复制物体的透视图。根据一个优选的实施方式，在模块嵌入过程中，所述模块嵌入单元104基于增材制造单元103提供的包含待制造对象各个增材制造阶段的三维立体数据和完成时间数据完成模块的预嵌入触发。所述触发结果为由预制模块供应单元基于数据分析控制模块202提供的模块材料信息、模块形状信息、数量信息完成待嵌入模块的调取过程。

所述数据分析控制模块202基于三维数据扫描监控模块206提供的增材进程的实时监测数据，完成嵌入时间点、嵌入位置的再次验证。所述模块嵌入机械手205在所述数据分析控制模块202完成三维数据扫描监控模块206实时监测数据验证的基础上接收数据分析单元102的控制数据完成制造对象的预制模块镶嵌、连接或插入。

例如，步骤二中，模块嵌入单元104基于增材制造单元103提供的将要完成的第一物体208的三维立体数据和完成时间数据，并于第一物体208完成前的10分钟或20分钟或30分钟实现模块的预嵌入触发。所述预嵌入触发结果为预制模块供应单元基于数据分析控制模块202提供的模块材料信息、模块形状信息、数量信息完成待嵌入模块也即是实体模块A的调取。同时，准备在第一物体208制造结束的时间点由模块嵌入机械手205完成预制模块的嵌入过程。并且，所述数据分析控制模块202基于三维数据扫描监控模块206提供的第一物体208增材进程的实时监测数据，完成实体模块A嵌入时间点、嵌入位置的再次验证。从而避免了第一物体208在应该制造完成的时间点还没有完成制造的情况下，模块嵌入机械手205就开始进行模块的嵌入过程。避免了模块嵌入机械手205的提前操作或误操作，从而保证或提高了整个制造过程的成品率。所述模块嵌入机械手205在所述数据分析控制模块202完成三维数据扫描监控模块206实时监测数据验证的基础上接收数据分析单元102的控制数据完成将至少一个实体模块A放到第一物体2078的预设位置构成如图4所示第二物体209。

在上述制造过程的十一个步骤中，三维数据扫描监控模块206对制造过程进行监控，并将监控信息反馈给数据分析控制模块202，如果制造过程中出现异常，数据分析控制模块202将暂停制造并发出报警提示信息。

此外，操作人员也可以随时暂停或结束制造过程，在暂停的过程中可以任意调整后续的制造过程然后继续完成剩余的制造过程。

需要注意的是，上述具体实施例是示例性的，本领域技术人员可以在本发明公开内容的启发下想出各种解决方案，而这些解决方案也都属于本发明的公开范围并落入本发明的保护范围之内。本领域技术人员应该明白，本发明说明书及其附图均为说明性而并非构成对权利要求的限制。本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。