入物或纤维填入物;任何类型)。
[0157]作为区域级别工具的挤出操作器对于层和全局规则具有优先级，但是对于路径不具有优先级。换言之，在区域编辑模式下从本层挤出的区域将“贯穿”全局或默认层，但是将不会“贯穿”用户调整的工具路径。虽然示出有从本层开始的-100至+100层的范围滑块控件，但是挤出操作器将允许所有层的挤出(与这里公开的所有滑块控件一样，通过直接进入或其它方式，例如，通过在滑块范围的端部继续递增或递减)。挤出工具的一个示例性用途是在零件中内在地延伸特定的纤维工具路径设计或复杂的稀疏填入区域。另一个示例性用途是创建新的实心特征件或孔。例如，实心填入(默认方式)六边形形状可以使用形状工具而被创建，并根据其显示尺寸和距零件轮廓的位置而被置于期望的位置(例如，“显示维度”开关“打开”或测量工具可测量)，穿过零件而被挤出，然后通过孔转换操作器而被贯穿。应注意，当然能够在区域编辑窗口中对自动创建的区域进行操作。例如，通过利用图13的工具集合和规则的自定义的工具路径设计而创建的被保护边界区域将可用于图16的终端用户界面中的编辑、复制或挤出或以其它方式的编程操作。这样的情况下，在较高优先权工具路径围绕的、生成工具路径的和/或工具路径级别保护的区域被编辑的情况下，终端用户可以接收对话框或其它警告并且对被保护工具路径区域的编辑、挤出或复制进行授权。
[0158]此外，与图1OB和13—样，在图16中以每区域编辑的方法实施示例性方案，是路径控制自定义步骤S760和规则处理及区域保护步骤S852的组合，步骤S760为了区域级别规则的实施而呈现图16的界面，步骤S852在逐区域的基础上处理和保护用户变化。在这种方案中，用户希望指定和传播小区域作为例外填充。
[0159]如图16所示，对于层6，用户可以使用选择区域光标来选择两个小剩余区域R12，所述区域在不存在算法检测或者用户干预的情况下将填充有与区域RlOA相同的地区填入。在所述的方案中，剩余区域R12被创建为从碳同心填充的扩张和随后的手动重新路由剪切下的剪切区域，以此创建和修改区域R08A。在(例如，通过常规鼠标或触摸多对象选择技术)选择两个区域R12后，用户可以将它们上下挤出直至通过区域填充对它们填入不足的程度，然后转换成实心，一旦用户被给予填充选择，用户就会为这样的例外选择实心填充或密集填充。因此，将以实心填充而不是贫乏填入(poor infill)打印例外区域。在这种特定情况下，区域内容的用户编辑改变自动地区填入以使扭矩传输特征件H)2沿着多边形的两个边得到增强以通过实心聚合物将力传输至围绕它的同心纤维填充。
[0160]图17A至17C示出了按照图15和16的第二示例性区域选择和挤出操作。如数据结构所定义且如图17A至17C所渲染地，开始于第一打印面，“底板”层的层集合L40包括一个代表性切片(尽管实践中会使用更多底板，但是本示例中不使用该层)。通过在先操作(例如，层规则和/或工具路径规则和/或编辑)或在先区域规则和/或编辑，层集合L42包括通过三个层延伸的具有同心孔增强件的三个区域R20、R22、R24。
[0161]使用图16的工具和图15的工序的操作，用户将当前层设置为层集合L42的顶层，且使用区域选择工具选择区域R25。使用区域挤出操作器通过层集合L44(类似轮廓的顶板层)和L46(更小轮廓的圆座)将所述区域挤出多达5层。如果区域R24没有被很好地挤进较小的轮廓，那么能够使用工具和操作器对其整形。对于本示例，区域R24形式不变化地复制为现在的挤出区域R26至34。用户接收全局规则处于冲突状态的警告(S卩，层集合L46的零件最顶层内的顶板的全局规则要求)，且拒绝支配全局规则。已经完成了挤出，用户被提示填充选择(例如，可选自:(i)与母区域相同的同样填充；(ii)与母区域相同类型的新路径填充;或
(iii)任何兼容类型的新填充)。用户选择同样填充，该选择被传送(取决于任何覆盖的全局规则)至层集合L46的倒数第二层，如图17C所示。
[0162]因此，区域级别规则集合的操作(以可执行代码或对参数化可执行代码进行控制的参数的形式)允许自动区域生成和区域自定义。如所示，尽管区域规则集合在一个实施例中具有低于路径但高于层或全局自定义的优先权，但是该优先权可以另外安排。
[0163]这里所述的由路径规划器或打印机实施的方法可以在二维层的堆叠的外轮廓上形成三维外壳。这可以防止层离且增大零件的扭转刚度。在这种情况下，图1A至IC和图2A至2C的打印头和/或沉积头(包括光学或辐射固化)可以以三个平移自由度以及一至三个旋转自由度的方式连接和/或沉积;且路径规划器可以生成对应于这些额外自由度的空间内的路径。
[0164]图19A至19C说明了使用图1A至IC和图2A至2C所示的打印机头形成的各种零件。图19A示出了这样的零件:其包括作为XY平面中的二维层而被沉积的多个部分1322。部分1324和1326随后沉积于ZY平面中以给予零件Z方向的增大强度。图19B示出了外壳打印的相关方法，其中，在XY平面内形成层1328和1330并且用在XY平面和ZY平面延伸的外壳1332和1334覆盖层1328和1330。如图所示，外壳1332和1334可以与由层1328和1330形成的底芯完全重叠(参见部位1336)，或者外壳中的一者或多者可以仅与底芯的一部分重叠。例如，在部位1338处，外壳1332覆盖两个层1328和1330。然而，外壳1334不完全与层1328重叠并且形成了如图所示的台阶结构。图19C示出了替代实施例，其中，添加支撑材料1340以相对于建造压盘或其它支撑面抬高零件，以使三维打印机的旋转头具有位于零件与支撑面之间的间隙以能够使外壳1342沉积至零件芯的底层1344上。
[0165]上述的打印机头也可以用来形成具有离散子部件的零件，该子部件包括不同取向的连续芯增强丝。一个子部件中的连续芯增强丝的取向可以基本上在XY方向，而另一个子部位中的连续芯增强丝的取向可以在XZ或YZ方向。
[0166]参见以横截面的形式图示出层的堆叠的图19D至19G，路径规划和打印工序可以利用如下填充模式:该模式在选择的区域内使用高强度复合材料且在其它位置使用填充物材料(例如，尼龙等较小强度复合物或纯树脂)。如参照夹层板全局或区域规则所述，在一些情况下，通过识别简化梁或板形状的内体积或体积(例如，扩展并延伸超过弯曲负载和/或支撑点的内部棱柱或体积)来实施增强。此外，沉积规划期间可以定向零件以使体积内的各层跨越预期的负载和/或支撑点。纤维可以是被添加在远离体积的横截面形心的内部棱柱体积内的纤维，以增大有效惯性矩(特别是用于弯曲或压缩负载)的纤维。纤维可以沉积于多个相邻粘结队列和/或层中，以增加邻近的纤维队列交互和增强作用(特别是用于压缩和拉伸负载)。贯通孔或座架(预计负载组件通过贯通孔或座架而被插入，或预计负载组件被插入贯通孔或座架)均可以被纤维平滑地环绕，可选地直接在这样的座架的壁处(特别是用于拉伸和扭转负载，环绕可以允许通过平滑路径的较小应力集中和拉伸传输)被环绕。
[0167]尤其是对于梁和板弯曲，通过尽可能远离横截面形心地(即，既在零件内又不违反在零件边界处有效的任何更高优先权的最远位置)布置纤维队列来最优化梁的强度重量比性能，以增大有效惯性矩。图19D示出了完全由填充材料1350形成的零件。在图19E中，复合材料1352被沉积在零件的径向最外侧的部分且向内延伸期望的距离，以提供对刚度和强度的期望的提高。零件的剩余部分形成有填充材料1350。用户可以或多或少地从如系列附图图19D至19G所示的零件的多个角扩展复合材料相对于填充物的使用。例如，控制器20控制的控制算法可以将同心填充模式(该模式追踪零件的外角和壁部)用于指定数量的同心填入轮次，然后可以使用期望的填充材料填充零件的剩余部分。
【主权项】
1.一种三维打印机的三维工具路径指令的生成方法，所述方法包括: 接收三维几何结构； 将所述三维几何结构切分为多层； 产生用于控制三维打印机沉积基本上各向同性的填充材料的各向同性填充材料工具路径，其中，产生的各向同性的工具路径限定第一层的周界的至少一部分； 产生用于控制三维打印机沉积基本上各向异性的填充材料的各向异性填充工具路径，其中，相对于所述各向异性填充工具路径的轨迹对所述基本上各向异性的填充材料的各向异性特征进行导向，且其中，产生的各向异性的工具路径限定所述第一层的内部的至少一部分。2.根据权利要求1所述的方法，其中，产生各向异性填充工具路径还包括: 产生用于控制三维打印机将基本上各向异性的填充材料沉积在相邻于所述第一层的内部内的负子轮廓并增强所述负子轮廓的位置处的所述各向异性填充工具路径。3.根据权利要求1所述的方法，其中，产生各向异性填充工具路径还包括: 产生用于控制三维打印机沉积基本上各向异性的填充材料的第二各向异性填充工具路径，所述第二各向异性填充工具路径根据第一各向异性填充工具路径而被计算出并且位于相邻于所述第一层的第一各向异性工具路径的位置处并且增强所述第一各向异性工具路径。4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述第二各向异性填充工具路径位于所述第一层内。5.根据权利要求3所述的方法，其中，所述第二各向异性填充工具路径位于与所述第一层相邻的第二层内。6.根据权利要求5所述的方法，其中，产生的第一各向异性工具路径限定第一层的内部的至少一部分且包括第一起点，且其中，产生的第二各向异性工具路径限定第二层的内部的至少一部分且包括从所述第一起点偏移的第二起点。7.根据权利要求5所述的方法，其中，产生的第一各向异性工具路径限定第一层的内部的至少一部分且包括与所述第一各向异性工具路径的相邻部分交叉的第一交叉部，且其中，产生的第二各向异性工具路径限定第二层的内部的至少一部分且包括与所述第二各向异性工具路径的相邻部分交叉的第二交叉部，所述第二交叉部偏离所述第一交叉部。8.根据权利要求1所述的方法，其中，产生各向异性填充工具路径还包括: 产生用于控制三维打印机沉积基本上各向异性的填充材料的第二各向异性填充工具路径，所述第二各向异性填充工具路径根据第一各向异性填充工具路径而被计算出并且所述第一各向异性工具路径与所述第二各向异性工具路径在它们之间建立形心； 产生用于控制三维打印机沉积基本上各向同性的填充材料的各向同性填充材料工具路径，其中，产生的各向同性工具路径接近于所述形心且限定介于所述第一层与所述第二层之间的第三层的内部的至少一部分和周界的至少一部分。9.根据权利要求1所述的方法，其中，产生各向异性填充工具路径还包括: 产生跟随不规则的轨迹的所述各向异性填充工具路径，所述不规则轨迹含有偏离于复合子轮廓边界的偏移。10.根据权利要求9所述的方法，其中，产生各向异性填充工具路径还包括: 产生所述各向异性填充工具路径的相邻各所述偏移之间的交叉部，其中，所述交叉部布置在所述各向异性填充工具路径的弯曲部。11.一种三维打印机的三维工具路径指令的生成方法，所述方法包括: 接收三维几何结构； 将所述三维几何结构切分为多层； 产生用于控制三维打印机沉积基本上各向异性的填充材料的第一各向异性填充工具路径，其中，产生的第一各向异性工具路径限定第一层的内部的至少一部分； 产生用于控制三维打印机沉积基本上各向异性的填充材料的第二各向异性填充工具路径，其中，产生的第二各向异性工具路径限定第二层的内部的至少一部分， 产生用于控制三维打印机沉积基本上各向同性的填充材料的各向同性填充材料工具路径，其中，产生的各向同性工具路径限定介于所述第一层与所述第二层之间的第三层的内部的至少一部分和周界的至少一部分。12.根据权利要求11所述的方法，还包括: 根据所述第一各向异性填充工具路径产生所述第二各向异性填充工具路径，且所述第一各向异性工具路径和所述第二各向异性工具路径在它们之间建立形心； 产生用于控制三维打印机沉积基本上各向同性的填充材料的所述各向同性填充材料工具路径，其中，产生的各向同性工具路径接近于所述形心。13.根据权利要求11所述的方法，其中，产生第一各向异性填充工具路径还包括: 产生用于控制三维打印机将基本上各向异性的填充材料沉积在相邻于所述第一层的内部内的负子轮廓并增强所述负子轮廓的位置处的所述第一各向异性填充工具路径。14.根据权利要求1所述的方法，其中，产生第一各向异性填充工具路径还包括: 产生用于控制三维打印机沉积基本上各向异性的填充材料的第三各向异性填充工具路径，所述第三各向异性填充工具路径根据所述第一各向异性填充工具路径而被计算出，并且位于相邻于所述第一层的所述第一各向异性工具路径并增强所述第一层的所述第一各向异性工具路径的位置处。15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述第三各向异性填充工具路径位于所述第一层内。16.根据权利要求14所述的方法，其中，所述第三各向异性填充工具路径位于与所述第一层相邻的第二层内。17.根据权利要求11所述的方法，其中，产生的所述第一各向异性工具路径限定第一层的内部的至少一部分且包括第一起点，且其中，产生的所述第二各向异性工具路径限定第二层的内部的至少一部分且包括从所述第一起点偏移的第二起点。18.根据权利要求1所述的方法，其中，产生的所述第一各向异性工具路径限定第一层的内部的至少一部分且包括与所述第一各向异性工具路径的相邻部分交叉的第一交叉部，且其中，产生的所述第二各向异性工具路径限定第二层的内部的至少一部分且包括与所述第二各向异性工具路径的相邻部分交叉的第二交叉部，所述第二交叉部偏离于所述第一交叉部。19.根据权利要求1所述的方法，其中，产生第一各向异性填充工具路径还包括: 产生跟随不规则轨迹的所述第一各向异性填充工具路径，所述不规则轨迹含有偏离于复合子轮廓边界的偏移。20.根据权利要求19所述的方法，其中，产生第一各向异性填充工具路径还包括: 产生所述第一各向异性填充工具路径的相邻各所述偏移之间的交叉部，其中，所述交叉部布置在所述第一各向异性填充工具路径的弯曲部。
【专利摘要】接收三维几何结构，且将其切分为多层。产生用于控制三维打印机沉积基本上各向异性的填充材料的第一各向异性填充工具路径，该路径限定第一层的内部的至少一部分。用于控制三维打印机沉积基本上各向异性的填充材料的第二各向异性填充工具路径限定第二层的内部的至少一部分。产生的各向同性填充材料工具路径限定介于第一与第二层之间的第三层的内部的至少一部分和周界的至少一部分。
【IPC分类】B29C67/00
【公开号】CN105705319
【申请号】CN201480060654
【发明人】格雷戈里·托马斯·马克, 戴维·贝纳姆, 亚伯拉罕·帕安吉, 本杰明·斯克拉奥夫
【申请人】马克弗巨德有限公司
【公开日】2016年6月22日
【申请日】2014年9月19日
【公告号】EP3046749A1, WO2015042422A1