单独的薄层处理为同质的或各向同性的材料特性。可替代地，几何文件902的一个实施例可以包括用于根据几何文件内的体积位置来指定不同的材料特性的标记物、边界、子几何结构形状、分割或边界条件等。
[0070]随后，对于各层，通过路径规划器1004计算工具路径(“层和切片”1002)以控制执行器来进行沉积、聚焦激光或灯具或投影仪以固化、凝固或以其它方式涂覆材料。如图5和图6所示，工具路径生成器也常驻于工作站、服务器或虚拟/云服务器。在本讨论中，“工具路径”既包括移动工具经过空间又包括使用反射镜和透镜“移动”的纯电磁(例如，光学、辐射)路径。工具路径可以布置在轮廓内，所述轮廓可以将层周界细分成不同关注度的区域，例如，这样的区域:需要较大或较小的沉积头以到达薄层几何结构的某一部分或遵从针对层的不同部分(例如，壁、内周界、填充料)的规则集合1006。根据确定针对各种轮廓的完全覆盖方式的偏差、规模和蜂窝分解的内部算法产生工具路径。某参数控制可以被应用于规则1006(例如，针对外周界形成规则，沉积塑料的可调厚度I至5)。
[0071]FFF工具路径可以具有包括挤出宽度(涉及喷嘴尺寸、挤出速率和从建造面算起的喷嘴高度)在内的多个变量。增材制造中的其它沉积工具路径可以具有同样涉及各工序的物理和化学过程的变量。
[0072]如图5和图6所示，自定义例程2008(允许自动和人工编辑中的一者或两者)可以允许对生成的工具路径、区域或子轮廓、轮廓、层和网格进行变化。一些自定义可能仅需要重新路径控制，其它的可能创建新区域，其它的可能创建新几何模型部位一一这些变化可以在它们被用户输入时被做出，或者可能被分批和重做。可选地，在做出所有自定义后，使处理返回至最早的实践阶段并且所有变化被保护以进行重新网格划分、重新切片或重新路径控制。
[0073]当被发送至3D打印机2000时，工具路径被用来创建用于致动的指令文件，该指令文件通常被称为“G代码”文件或流1102。工具路径生成器2006产生工具路径，也可以通过将工具路径解译成机器专用代码来用作G代码生成器2010。顺序地排列包括所有起始和结束时间、控制或命令变量(例如，电机的速率、加热器的电流)等的G代码来安排足以完成工作的执行器指令。因为依赖于打印机本身的物理布置，所以G代码1002文件通常是打印机专用的。
[0074]进行切片、然后产生工具路径、然后产生G代码这样的工序，不论用于常规增材或减材制造，不包括提供嵌入和/或增强连续或半连续纤维的独有特征-即包括压力、应力、热导率或负载和支撑方向专用设计等在内的各向异性特征。
[0075]为了本文的参考术语的目的，图5和图6示出了数据结构中的一系列步骤，各步骤可选地与相邻步骤结合。如图5和图6所示，如存储于CAD几何文件内的参考部包括外壁、面朝上的“底板”和面朝下的“天花板”、内“顶板”、内贯通孔和内“实体”空间的定义。
[0076]如图5和图6所示，当转换成STL时，3D数据结构被变换成仅定义外周界的几何结构网格，但是保留更加复杂的CAD表示的所有特征。如提到的，这是可选的，因为网格表示更容易“切片”。可以修复有缺陷的、非“水密的”或非流形的STL以使所有顶点适当地连接，但是网格表示基本保持类似。
[0077]如图5和图6所示，将STL“切片”包括通常一起做出的两个概念步骤。首先，在各高度增量处，必须通过与预期的建造压盘取向平行的STL来截取横截面。其次，将必需的工具路径表达为沉积头的G代码以沿着切片的外内周界沉积材料并且创建任何内结构(例如填充体等)。可以在各个切片操作时产生工具路径和G代码，以合并这些步骤。为了本讨论的目的，将“切片”作为一组合并的步骤来讨论，在这组合并的步骤中，获取横截面切片并且产生路径规划和G代码以用于均匀的材料填充。
[0078]如图5和图6所示，切片操作识别且使用工具路径来(例如，每次三个熔化聚合物行地)围绕外和内侧壁;使用细胞或栅格结构来填充内体积；以较慢的打印速率来形成天花板、底板和顶板;并且创建在打印周期内使用的暂时支撑结构。此外，创建用于将工具从原点移动至打印起始点至打印停止点以及用于进给和缩回丝来开始和停止挤出的工具路径。
[0079]图7是说明了路径规划器，即图5和图6所示的切片、轮廓、子轮廓(区域)和路径生成器与规划器的整体操作的流程图。图7的纤维路径规划器从切片机接收各层的“切片”数据库作为输入，这种情况下被称为“切片堆”或“空台板”。切片堆数据库可以是每层、拓扑信息(轮廓，通过常规右手定则定义为实心体或孔)和/或工具路径信息(轨迹)、元数据和/或G代码或等同物的形式。例如，子集合的一个形式会包括“SLC”文件格式或等同物，其仅包括轮廓的几何结构。超级集合可以包括STL文件、从STL文件识别出的分析或参数(例如，由G代码中用于产生贯通孔的代码段共用的贯通孔标签)。
[0080]与常规增材制造和常规减材制造中的任一者或两者的区别在于:纤维路径规划器对单独的各层或各切片起作用，优选一次对多个起作用。在常规增材制造的情况下，切片软件。
[0081]应注意，还没有进行可以被重新路径控制的逐层纤维路径生成的待被打印的3D零件的第一轮的初始输入是“切片和轮廓”。本发明的可选目的是随后处理层数据库的重新路径控制而不是处理3D模型几何结构，从而仅重新路径控制应该被改变的那些轮廓和那些层。然而，本发明还考虑到:在一些情形下，较早阶段开始重新路径控制可能是有益的(例如，除了以分层级别以外或作为以分层级别的替代，针对以区域级别支持的布尔(Boolean)和/或参数操作)。
[0082]应注意，
[0001]普通增材制造的工具路径创建工序通常不需要重新路径控制、也不与任何一者进行比较但是通常需要一个或两个相邻层。根据压盘假设来建造工具路径/G代码；不在同一位置挤出材料两次;且不需要在与建造方向相反的Z方向上移回工具，即使是对于多材料或多零件STL的情况。如果需要做出改变，那么新工具路径的产生工序通常要在CAD中重新制作零件、创建新STL且对整个几何文件(STL)进行重新切片/重新路径控制。
[0083]然而，为了编辑待被打印的零件的包括纤维布置在内的内部结构，工具路径生成中的至少一些重复操作优选用来适应由路径规划器进行的纤维布置中的人工变化或新自动变化，或用来提供CAD系统设计的未设置有各向异性材料的零件内的增强纤维的设计自由度。
[0084]因此，如下所提到，图7的工序能够与自身的输出一起进入，即图7的工序的目的是分析和改变仅具有层和轮廓的数据集合以及由工具路径生成器生成的且以客户自定义的方式修改的“切片、轮廓、区域和工具路径”集合，并且存在这样做可能是有益的情况(例如，增量工序是相互依赖的情况)。
[0085]在步骤S750中，在网格预处理步骤中，该工序校正STL文件的各种错误，这包括下列中的至少一者:校正面法线取向；自相交;非流形几何结构和流形错误;不伴有任何边的顶点；不具有任何附带的三角形的边;具有两个以上附带三角形的边;具有非盘形邻域的顶点；不连接的或不想要的柄、洞、组件或腔;错误的孔或腔;面积(近似于)为零的三角形。技术包括:合并规定距离内的顶点；合并或缝合相邻边界边缘;裁剪然后合并重叠的补丁;通过插入顶点进行的孔填充;将网格转换成点云且重新网格划分。该步骤可以生成简化的、更加强健的且其中各顶点和边被唯一定义的网格，且根据定义的顶点和边产生面。
[0086]在步骤752中，该工序将(经预处理的或校正的)几何结构(例如，三角形)网格切成各层、阶层或切片(这些术语被交换地使用)。技术包括:检查相对于所有相交切割平面的所有三角形或近似三角形组;检查相对于所有相交切割平面的所有边(扫描平面切片)；或检查表示各三角形的具有间隔的所有相交平面。这生成了处于固定高度或可变高度(任一者都可以被记录为特殊切片的元数据)的二维切片的集合。所述固定高度或可变高度可以是目标3D打印机可打印的任何厚度/分辨率，例如，0.02〃、0.01〃、0.005〃、0.001〃、0.1mm和它们的倍数，或甚至是对于层间或层内插入有用的更小厚度/分辨率。各切片包括至少一个正轮廓(例如，外周界)且可以包括一个或多个负轮廓(例如，一个孔或多个孔)。正轮廓也可以创建孔代理，例如，通过指定环路至接触自身(例如，与自身熔合)的周界来创建这样的孔代理。
[0087]在步骤S754中，该工序清查自动轮廓和工具路径选用的FFF和纤维打印的默认规则的状态，并且设置被选择的默认规则的操作顺序。这样规则的示例性状态如图20和图21所示且参照它们来说明。规则的操作顺序可以是线性的、递归的或以其它方式安排的。预定的整体操作顺序可以使所有可能的操作相互关连。应注意，在工序期间内任何时间的规则变化(例如，改变或添加或减少规则)可以通过中断、触发、提交或其它方式在步骤S755(入点“A”)处重新开始工序以适应所述变化。在步骤S756的第一次执行前，用户可以得到修改这些默认规则的机会(例如，跳转至步骤S760)。
[0088]应注意，针对在内部的特殊内部设计结构的应用或特殊规则的操作，内部轮廓或区域的创建能够发生在规则或设计的操作之前、之后或期间内。一些规则更加适合于当它们操作时限定边界(例如，轮廓跟随填充)；其它一些规则更加适合于处理特定周界(例如，诸如蜂巢形或三角形等图案化填充)；还有其它一些规则更加适合于包含需要的边界轮廓作为其定义的一部分(例如，孔增强图案、插入增强图案)。
[0089]在步骤S756中，工序根据操作顺序逐层地应用规则集合，以将子轮廓(S卩，正轮廓内的二维拓扑子区域和/或孔)确定为新的从属正和/或负轮廓。再次地，负轮廓可以形成孔，或正轮廓可以形成孔代理。此外，可以通过规则集合创建正轮廓来触发或迫使纤维或材料的期望的路径控制或填充。子轮廓可以具有与封闭轮廓或邻近轮廓一致的周界，且正子轮廓可以在层中形成孔的壁。图8A和SB包括关于子轮廓产生的进一步详情。
[0090]在步骤S758中，工序根据操作顺序逐个轮廓地应用规则集合，针对一个或多个纤维铺设工具和一个或多个材料沉积工具，生成用于纤维或材料填充的期望工具路径以及路径间的过渡。当所有路径被生成时，初始打印策略完成。此时，可以将工具路径翻译成G代码并且可以打印零件，且终端用户可以(例如，在自定义工序开始时)得到审查和/或打印工具路径状态或零件的机会。
[0091]如这里所述，段、工具路径或路径是轨迹和轮廓的序列。轨迹是路径命令的连接序列。工具路径命令可以包括线段和部分椭圆弧以及可选的贝塞尔(Bezier)曲线段。各路径命令可以具有路径坐标，且一对路径坐标可以是作为控制点的χ、γ位置。轮廓是起始点和结束点为同一点的闭合轨迹。通过“划过(stroking)”路径来(例如，通过沉积打印头、通过激光或紫外线固化、通过闪光DLP固化来)执行或渲染(例如，为了显示在检查面板上)工具路径。在工具头的情况下，所述“划过”可以是当扫出以轨迹为中心的固定宽度沉积时沉积材料或固化材料，所述固定宽度沉积沿着正交于所述轨迹的切线方向的轨迹行进。划过可以按照区域进行或被累积(整个区域可以被作为工具路径的DLP闪现)。
[0092]关于这里所述的轮廓工具路径或其偏移，可以利用非贝塞尔基路径的偏移生成和贝塞尔(例如，三次方或二次方控制点)基路径的偏移划动(offset stroking)来创建并行或偏移工具路径。可选地，因为贝塞尔路径的偏移划动可能难以渲染，所以FFF材料或纤维路径可以是非贝塞尔近似。可以通过经由针对GPU加速路径渲染(例如，OpenVG)的矢量图形库进行分辨率无关的路径渲染，甚至计算物理连续纤维路径的工具路径和偏离。
[0093]在步骤S760中，工序允许进行完成的工具路径和打印策略的逐层、逐轮廓和/或逐路径的自定义。自定义工序是可选的，其是各种类型的自定义。
[0094]如图8A和SB所示，按照优先权或优先级顺序逐层地产生子轮廓(或“区域”)和一些情况下的工具路径。全局规则可选地具有最低优先级，因为它们最有可能被直接用户变化(实际设计决策)或间接用户变化(设计决策的结果)所覆盖。
[0095]在初始阶段并且在后面的编辑阶段均实施图8A的工序。在初始轮中，还没有记录纤维路径或区域/子轮廓的用户变化，所以将不存在以最高优先权进行处理的用户编辑的纤维路径或子轮廓。在初始轮中，最高优先权可以是全局规则。
[0096]在各处理规则集合内以及各处理规则集合之间，一旦定义工具路径和/或区域，当处理接下来的较低优先权的规则集合时通常保护较高优先权的规则。在冲突的情况下，可以给予用户警告以及提升名义上较低优先权规则的优先权的机会。优先权堆栈也可以被认为是操作顺序。较高优先权的动作可选地不受后面动作的干扰，除非故障模式规则被破坏。
[0097]虽然优先权的实际顺序可以取决于实施方式，但是在一个实施方式中，规则的一般顺序是:故障模式规则(例如，特殊材料无支撑跨距的限制、工具头的或压盘的限制等)；工具路径规则;然后是子轮廓规则;然后是层规则;然后是全局规则。在各步骤中，优选地仅以不违反(可选的)故障模式规则(例如，另一个故障模式规则可以是:各向同性填充材料的无支撑跨距能够在长度上延伸例如不超过Icm或以被指定为材料特性的其它长度)的方式允许现在的或以前的直接编辑。
[0098]初始地，在步骤S850中，在工具路径被编辑过的任何层中，通过首先绘制相关工具路径(以及任何依赖性关系)并随后定义工具路径占据的包络(envelope)，来处理其中工具路径被用户直接编辑的任何人工或自动操作，以此保护作为区域或子轮廓的包络。示例性工具路径编辑操作是改变定义工具路径的曲线的路径点或控制点的位置。
[0099]在可选的后续步骤S852中，在所有层之中，在步骤S850中受保护的区域或子轮廓现在“禁止进入”。通过保护所述区域或子轮廓来处理人工或探试操作(其中，子轮廓被用户直接编辑)。可以在稍后的时间产生工具路径。示例性子轮廓编辑操作是指定延伸通过数层的空隙体积(例如，待被包塑成型的实体模型)。
[0100]在可选的后续步骤S854中，处理层规则(S卩，针对整个层而设置的规则)。在先前步骤中受保护的区域或子轮廓现在“禁止进入”。通过保护层内的所有剩余的区域或子轮廓来处理人工操作或探试操作(其中，层被用户直接编辑)。可以在稍后的时间产生工具路径。示例性层编辑操作是指定:纤维填充将用于还没有被工具路径、子轮廓或全局规则定义为纤维层的特定层上。
[0101]在步骤S856中，处理全局规则(S卩，已经为整个零件而设置的规则)。典型的全局规则在图SC的优先权堆栈中示出，例如，具有最高优先权的壁厚度和最低优先权的填入。一些或所有全局规则可以选择性地或可替代地优先于其它规则。
[0102]图9是执行不