本公开涉及3D打印。
背景技术：
增材制造(AM)是递增地将材料合成到物体上的制造过程。AM技术包括涉及从小喷嘴挤出材料；在电力或液体罐中熔融或固化材料；或堆叠并胶合切割层(例如，纸的切割层)等的那些技术。切片器(slicer)是将物体的3D描述转换为控制3D打印机(例如，AM装置)的命令的软件。不同地，传统的铣削(milling)被认为是“减材的”，因为它涉及移除材料以形成期望形状。对于不是增材式的而是一次形成整个形状的体成形(bulk-forming)技术(比如铸造、锻造和注射制模)也是同样的。
用户通常希望打印具有三维(3D)填充物(infill)图案的3D形状，3D填充物图案是填充3D形状的内部的图案(例如，方块棋盘、蜂巢等)。此外，用户通常希望打印具有纹理图案的3D形状，纹理图案是应用于3D形状的外表面的凸起图案(例如，小块)(例如，以改进握力(grip)、改变整个表面上的流体流动等)。另外地或可替代地，用户通常想要3D填充物图案和/或纹理图案具有特定的体特性(例如，密度、抗拉强度等)。
然而，在计算机辅助设计(CAD)中指定3D填充物图案和纹理图案可能是困难的，因为用户必须指定每一个细节，而不是指定高层次意图。此外，因为每一个细节已经被指定，所以发送到切片器进行打印的所得文件趋向于非常大。此外，这些文件的产生是特定于切片器的，因此对于不同切片器必须进行重新产生。更进一步地，用户还必须考虑3D填充物图案(甚至众所周知的3D填充物图案)的打印参数、打印材料以及3D打印机的硬件(即，机械组件)以便打印具有特定的体特性的3D形状。无论如何，用户仍对打印具有3D填充物图案和/或纹理图案的3D形状感兴趣。
技术实现要素：
总的来说，在一个方面，本发明涉及一种用于三维(3D)打印的方法。该方法包括：获得计算机辅助设计(CAD)应用的本地文件；在该本地(native)文件内识别与3D填充物图案相关联的第一3D形状；产生切片器描述语言文件，该文件包括：第一部分，其指定3D填充物图案；以及第二部分，其包括通过引用第一部分来打印被填充有3D填充物图案的多个实例(instance)的第一3D形状的指令，其中，第一部分和第二部分在切片器描述语言文件中是分开的；以及将切片器描述语言文件发送到3D打印机以用于打印被填充有3D填充物图案的第一3D形状。
总的来说，在一个方面，本发明涉及一种存储计算机可读程序代码的非暂时性计算机可读介质(CRM)。该计算机可读程序代码在由计算机处理器执行时：获得计算机辅助设计(CAD)应用的本地文件；在该本地文件内识别与3D填充物图案相关联的第一3D形状；产生切片器描述语言文件，该文件包括：第一部分，其指定3D填充物图案；以及第二部分，其包括通过引用第一部分来打印被填充有3D填充物图案的多个实例的第一3D形状的指令，其中，第一部分和第二部分在切片器描述语言文件中是分开的；以及将切片器描述语言文件发送到3D打印机以用于打印被填充有3D填充物图案的第一3D形状。
总的来说，在一个方面，本发明涉及一种用于三维(3D)打印的系统。该系统包括：存储器；计算机处理器，该计算机处理器：获得计算机辅助设计(CAD)应用的本地文件；在该本地文件内识别与3D填充物图案相关联的第一3D形状；产生切片器描述语言文件，该文件包括：第一部分，其指定3D填充物图案；以及第二部分，其包括通过引用第一部分来打印被填充有3D填充物图案的多个实例的第一3D形状的指令，其中，第一部分和第二部分在切片器描述语言文件中是分开的；以及发送切片器描述语言文件；以及3D打印机：接收切片器描述语言文件；并基于切片器描述语言文件来打印被填充有3D填充物图案的第一3D形状。
根据以下描述和所附权利要求书，本发明的其他方面将是清楚的。
附图说明
图1示出根据本发明的一个或多个实施例的系统。
图2和图3示出根据本发明的一个或多个实施例的流程图。
图4A和图4B示出根据本发明的一个或多个实施例的例子。
图5示出根据本发明的一个或多个实施例的计算机系统。
具体实施方式
现在将参照附图来详细描述本发明的特定实施例。为保持一致，各图中的相同元件用相同的标号表示。
在以下本发明的实施例的具体实施方式中，陈述了许多特定细节以便提供本发明的更透彻的理解。然而，对于本领域普通技术人员将清楚的是，可以在没有这些特定细节的情况下实施本发明。在其他实例中，没有对众所周知的特征进行详细描述以避免不必要地使描述复杂化。
总的来说，本发明的实施例提供一种用于3D打印的方法、系统和非暂时性计算机可读介质(CRM)。具体地说，具有3D填充物图案和/或纹理图案的3D形状在计算机辅助设计(CAD)应用的本地文件内被识别。切片器描述语言(SDL)文件是基于该本地文件产生的。SDL文件具有多个部分(例如，代码块)，包括：指定3D填充物图案的部分；指定纹理图案的部分；以及包括通过引用其他部分来根据3D填充物图案和纹理图案打印3D形状的指令的部分。在本发明的一个或多个实施例中，SDL文件还可以包括3D填充物图案和/或纹理图案的一个或多个用户期望的体特性。切片器接收SDL文件，然后基于打印材料(例如，橡胶、塑料等)和3D打印机硬件(例如，机械组件)来确定3D填充物图案和/或纹理图案的各种打印参数。然后可以根据用户的高层次意图/目标(例如，期望的体特性)打印3D形状。
图1示出了根据本发明的一个或多个实施例的系统(100)。如图1所示，系统(100)包括执行CAD应用(106)的计算装置(104)。计算装置(104)可以是个人计算机(PC)、服务器、膝上型计算机、移动计算装置(例如，智能电话、平板PC等)、信息亭(kiosk)等。系统(100)还包括3D打印机(120)。计算装置(104)和3D打印机(120)可以是同一个单元的部分。可替代地，计算装置(104)和3D打印机(120)可以由任何大小的具有有线和/或无线区段的计算机网络连接。
在本发明的一个或多个实施例中，CAD应用(106)使得用户能够创建(即，设计、建模等)一个或多个3D形状。3D形状可以使用更简单的/基本的3D形状的库来创建。创建的3D形状可以存储在CAD应用(106)的本地文件(102)中。本地文件(102)可以在将来的时间被检索以编辑或查看创建的3D形状。本地文件(102)可以存储创建的3D形状的(一个或多个)表面描述或(一个或多个)体积描述。
在本发明的一个或多个实施例中，CAD应用(106)使得用户能够选择3D填充物图案(例如，蜂巢、方块棋盘、已知的格子图案等)来“填充”创建的3D形状。3D填充物图案可能需要被重复多次(即，3D填充物图案的多个实例)来完全地“填充”3D形状(即，3D填充物图案的体积可能比3D形状的体积小得多)。CAD应用(106)还使得用户能够移除应用于3D形状的3D填充物图案或者用不同的3D填充物图案来取代应用于3D形状的现有3D填充物图案。CAD应用(106)可以包括现有3D填充物图案库，用户可以从该库选择应用于创建的3D形状的3D填充物图案。
受益于该具体实施方式的本领域技术人员将意识到，如果3D形状被打印，则“填充”3D形状的3D填充物图案对于用户可能是可见的或者可能是不可见的。然而，“填充”3D形状的3D填充物图案影响打印的3D形状的结构性质。而且，3D填充物图案具有高度取决于打印材料的一个或多个体特性(例如，密度、抗拉强度等)。在本发明的一个或多个实施例中，CAD应用(106)使得用户能够指定应用于3D形状的3D填充物图案的一个或多个期望体特性。选择的3D填充物图案及其用户期望的体特性可以存储在本地文件(102)中。
在本发明的一个或多个实施例中，CAD应用(106)使得用户能够选择用于应用于创建的3D形状的表面(例如，外表面)的纹理图案(例如，凸起图案，比如小块)。3D形状的不同表面可以具有不同的纹理图案。CAD应用(106)还使得用户能够移除应用于3D形状的表面的纹理图案或者用不同的纹理图案来取代应用于3D形状的表面的现有纹理图案。CAD应用(106)可以包括现有纹理图案库，用户可以从该库选择用于应用于创建的3D形状的表面的纹理图案。
受益于该具体实施方式的本领域技术人员将意识到，如果3D形状被打印，则纹理图案对于用户可能是可见的/可感知的。纹理图案可以具有高度取决于打印材料的一个或多个体特性。例如，纹理图案可以影响3D形状的表面上的流体流动。作为另一例子，纹理图案可以影响3D形状的握力(或用户抓握3D形状的能力)。在本发明的一个或多个实施例中，CAD应用(106)使得用户能够指定纹理图案的一个或多个期望体特性。选择的纹理图案及其用户期望的体特性可以存储在本地文件(102)中。
在一个或多个实施例中，计算装置(104)和3D打印机(120)通过切片器描述语言(SDL)文件(110)进行通信。SDL文件(110)是由CAD应用(106)基于本地文件(102)而产生的。另外地或可替代地，SDL文件(110)可以由另一软件应用(未示出)从本地文件(102)产生。
如图1所示，SDL文件(110)具有多个部分(例如，代码块)，包括：3D填充物图案部分(112)、纹理图案部分(114)以及多个3D形状部分(即，3D形状A部分(116A)、3D形状B部分(116B))。SDL文件有效地是对什么应被3D打印机打印的描述。尽管图1的SDL文件(110)具有仅一个3D填充物图案部分(112)和仅一个纹理图案部分(114)，但是在其他实施例中，可以存在多个3D填充物图案部分和/或多个纹理图案部分。
在一个或多个实施例中，3D填充物图案部分(112)指定3D填充物图案。3D填充物图案可以用其名称(例如，蜂巢)或3D打印机(120)的切片器已知的唯一标识符来指定。另外地或可替代地，3D填充物图案可以用创建3D填充物图案的几何单元的一个或多个指令来指定。在打印期间，几何单元将被重复地打印以填充3D形状。然而，3D填充物图案部分(112)仅具有3D填充物图案的几何单元的单个实例。3D填充物图案部分(112)还可以指定被指定的3D填充物图案的一个或多个用户期望的体特性。另外地或可替代地，所述一个或多个用户期望的体特性可以在不同的部分(例如，3D形状部分(116A、116B))中指定。
在一个或多个实施例中，纹理图案部分(114)指定纹理图案。纹理图案可以用其名称或3D打印机(120)的切片器已知的唯一标识符来指定。另外地或可替代地，纹理图案可以用创建纹理图案的几何单元的一个或多个指令来指定。在打印期间，几何单元将被重复地打印以覆盖3D形状的表面。然而，纹理图案部分(114)仅具有纹理图案的几何单元的单个实例。纹理图案部分(114)还可以指定纹理图案的一个或多个用户期望的体特性。另外地或可替代地，所述一个或多个用户期望的体特性可以在不同的部分(例如，3D形状部分(116A、116B))中指定。
在本发明的一个或多个实施例中，每个3D形状部分(116A、116B)包括打印3D形状的指令。如果3D形状应被填充3D填充物图案，则这些指令可以包括对于3D填充物图案部分(122)的引用。这些指令还可以对将填充3D形状的3D填充物图案指定一个或多个用户期望的体特性。另外地或可替代地，如果纹理图案应被应用于3D形状的表面，则这些指令可以包括对于纹理图案部分(114)的引用。这些指令还可以对将应用于3D形状的纹理图案指定一个或多个用户期望的体特性。
受益于该具体实施方式的本领域技术人员将意识到，在SDL文件(110)内，3D形状和3D填充物图案是分开地/独立地被指定的。如果存在将用同一个3D填充物图案打印的多个3D形状，则每个3D形状部分(116A、116B)可以包括对于该一个3D填充物图案部分(112)的引用。类似地，如果指定的纹理图案将被应用于多个3D形状，则每个3D形状部分(116A、116B)可以包括对于该一个纹理图案部分(114)的引用。通过与将被打印的3D形状分开指定3D填充物图案和纹理图案，可以使SDL文件(110)的大小减小。此外，通过仅指定3D填充物图案和/或纹理图案的单个几何单元，SDL文件(110)的大小也可以减小。
在本发明的一个或多个实施例中，3D打印机(120)打印3D形状(例如，打印的3D形状(130))。尽管图1中未示出，但是3D打印机(120)可以包括切片器，其对SDL文件(110)进行解释，并产生控制3D打印机(120)的命令。换句话说，切片器将SDL文件(110)解释为用于3D打印机的打印技术和机械组件(例如，喷嘴)的基本命令。3D打印机(120)打印具有适当的3D填充物图案和/或纹理图案的3D形状。如上面所讨论的，这可以包括重复地打印3D填充物图案中指定的单个几何单元。
在一个或多个实施例中，也如上面所讨论的，SDL文件(110)可以对3D填充物图案或纹理图案指定体特性。切片器(120)确定3D填充物图案或纹理图案的一个或多个打印参数以便满足用户期望的体特性。该确定可以基于正被使用的打印材料(例如，橡胶、塑料等)以及3D打印机(120)正在利用的打印技术和机械组件。换句话说，SDL文件(110)传达用户的高层次意图/目标，而将特定的实现细节留给切片器(120)。
例如，就3D填充物图案来说，切片器可以包括函数f，以使得对于给定的打印材料m、SDL文件(110)中指定的格子图案l以及也是在SDL文件(110)中指定的用户期望的抗拉强度s，格子厚度(即，打印参数)t＝f(m,l,s)实现期望的强度。作为另一例子，就纹理图案来说，切片器(120)可以包括函数n，以使得对于打印材料m、SDL文件(110)中指定的纹理图案r以及也是在SDL文件(110)中指定的用户期望的握力值g，表面图案尺度(即，打印参数)t＝n(m,r,g)实现期望的握力值。
尽管图1仅示出了一个3D打印机(120)，但是在其他实施例中，可以存在多个3D打印机，并且每个3D打印机的切片器能够对SDL文件(110)进行解释。因此，无需重新产生SDL文件(110)，并且无需产生特定于切片器的SDL文件。这使SDL文件产生过程中出错的可能性降低。
图2示出了根据本发明的一个或多个实施例的流程图。该流程图描绘了用于3D打印的过程。图2中的步骤中的一个或多个可以由上面参照图1讨论的系统(100)的组件执行。在本发明的一个或多个实施例中，图2所示的步骤中的一个或多个可以省略、重复和/或按与图2所示的次序不同的次序执行。因此，本发明的范围不应被认为限于图2所示的步骤的特定布置。
一开始，获得CAD应用的本地文件(步骤205)。本地文件可以从网站下载。CAD应用使得用户能够创建3D形状并且对3D形状指定3D填充物图案和/或纹理图案。因此，本地文件可以包括用户用CAD应用创建的一个或多个3D形状的表面描述和/或体积描述。本地文件还可以指定3D填充物图案和/或纹理图案。在步骤210中，从本地文件(例如，通过解析)识别具有3D填充物图案和/或在表面上具有纹理图案的3D形状。
在步骤215中，从本地文件产生SDL文件。SDL文件可以包括多个分开的部分(例如，代码块)：用于每个3D填充物图案的一个部分；用于每个纹理图案的一个部分；以及用于每个3D形状的一个部分。
用于3D填充物图案的部分可以用名称或唯一标识符来指定3D填充物图案。另外地或可替代地，该部分可以包括用于产生3D填充物图案的单个几何单元的指令/命令。几何单元将需要被重复打印以填充3D形状(即，可能需要3D填充物图案的多个实例来填充3D形状)。当多个3D形状可以被填充同一个3D填充物图案时，可以存在对于同一个3D填充物图案部分的多个引用。
类似地，用于纹理图案的部分可以用名称或唯一标识符来指定纹理图案。另外地或可替代地，该部分可以包括用于产生纹理图案的单个几何单元的指令/命令。几何单元将需要被重复打印以覆盖3D形状的表面。当多个3D形状可以被覆盖同一个纹理图案时，可以存在对于同一个纹理图案部分的多个引用。
用于3D形状的部分包括用于产生3D形状的指令。如果3D形状将被填充3D填充物图案，则指令包括对于用于3D填充物图案的部分的引用。类似地，如果3D形状的表面将被覆盖纹理图案，则指令包括对于用于纹理图案的部分的引用。
在步骤220中，将SDL文件发送给3D打印机的切片器。切片器根据SDL文件来产生3D形状。为了打印SDL文件中指定的3D形状，切片器必须将SDL文件解释为用于3D打印机的打印技术和机械组件(例如，喷嘴)的基本命令。3D打印机打印具有适当的3D填充物图案和/或纹理图案的3D形状。如上面所讨论的，这可以包括重复地打印3D填充物图案部分和/或纹理图案部分中指定的单个几何单元。
图3示出了根据本发明的一个或多个实施例的流程图。该流程图描绘了用于3D打印的过程。图3中的步骤中的一个或多个可以由上面参照图1讨论的系统(100)的组件执行。图3中描绘的过程可以被认为是图2中描绘的过程的扩充版本。换句话说，图3中的步骤中的一些可以与图2中的步骤合并，或者添加到图2中的步骤。在本发明的一个或多个实施例中，图3所示的步骤中的一个或多个可以省略、重复和/或按与图3所示的次序不同的次序执行。因此，本发明的范围不应被认为限于图3所示的步骤的特定布置。
一开始，获得CAD应用的本地文件(步骤305)。步骤305与上面参照图2讨论的步骤205基本上是相同的。然而，本地文件包括3D填充物图案的用户期望的体特性(例如，密度、抗拉强度等)。在步骤310中，从本地文件(例如，通过解析)识别具有具备用户期望的体特性的3D填充物图案的3D形状。
在步骤315中，产生SDL文件。步骤315与上面参照图2讨论的步骤215基本上是相同的。然而，在步骤315中，SDL文件的指定3D填充物图案的部分还指定用户期望的体特性。SDL文件可以被发送给3D打印机的切片器。另外地或可替代地，可以在SDL文件的任何部分中指定体特性。
在步骤320中，切片器确定3D填充物图案的一个或多个打印参数以便满足用户期望的体特性。该确定可以基于正被使用的打印材料(例如，橡胶、塑料等)以及3D打印机正在利用的打印技术和机械组件。例如，如果3D填充物图案是蜂巢，则打印参数可以是蜂巢的巢室(cell)的大小或巢室的壁的厚度。如果3D图案是3D棋盘，则打印参数可以是棋盘中的每个方块的体积。
在步骤325中，3D打印机根据确定的打印参数来打印被填充3D填充物图案的多个实例的3D形状。结果，打印的被填充3D填充物图案的多个实例的3D形状具有用户期望的体特性。
尽管图3中的过程明确地提到了3D填充物图案，但是该过程对于纹理图案是类似的。SDL文件包括针对纹理图案的用户指定的体特性，并且切片器基于3D打印机的打印材料和硬件来确定一个或多个打印参数，以实现用户期望的体特性。
图4A和4B示出了根据本发明的一个或多个实施例的例子。具体地说，图4A示出了CAD应用(未示出)产生的SDL文件A(400A)。如图4A所示，SDL文件A(400A)既包括3D填充物图案部分(402)，又包括3D形状部分(404)。设命令<draw cube(k)at(x,y,z)>在位置x,y,z处打印具有尺寸k×k×k的方块。3D填充物图案部分(402)包括打印3D填充物图案1(即，3D棋盘)的单个几何单元的命令。3D形状部分(404)包括打印具有尺寸20×20×20的方块的命令。该命令还包括对于3D填充物图案部分(402)的引用(406)。因此，3D打印机将打印20×20×20方块，并且用3D填充物图案部分(402)中指定的3D棋盘图案来“填充”它。3D打印机将需要重复地打印3D填充物图案1来填充20×20×20方块。
图4B示出了也是由CAD应用产生的SDL文件B(400B)。如图4B所示，SDL文件B(400B)既包括3D填充物图案部分(452)，又包括3D形状部分(454)。3D填充物图案部分(452)指定3D填充物图案2(即，蜂巢)。3D填充物图案部分(452)还指定蜂巢图案的用户期望的体特性(499)。具体地说，用户期望的体特性是350grams/L的密度。3D形状部分(454)包括打印具有尺寸15×15×15的方块的命令。该命令还包括对于3D填充物图案部分(452)的引用(456)。切片器将确定蜂巢图案的适当的(一个或多个)打印参数以便在3D打印机中正在使用的材料的密度给定的情况下实现指定的平均图案密度。例如，如果3D打印机中使用的材料具有700grams/L的密度，则切片器将选择实现打印材料和空的空间的50:50比率的图案参数。
在这种情况下，可以以许多方式来改变参数以实现该比率。例如，这可以通过以下方式来实现：保持蜂巢巢室大小固定并且改变巢室壁厚度；或者保持巢室壁厚度固定并且改变大小；或者这些的组合；或者改变其他参数。该确定可以由切片器作决定，或者可以由用户借助于SDL文件B(400B)中的附加命令指定。
本发明的各种实施例可以具有以下优点中的一个或多个：在CAD应用中将3D填充物图案和/或纹理图案应用于3D形状的能力；在SDL文件中指定用户的高层次意图的能力；在SDL文件中与3D形状分开地指定3D填充物图案的能力；在SDL文件中与3D形状分开地指定纹理图案的能力；指定3D填充物图案或纹理图案的期望体特性的能力；使用引用来减小SDL文件的大小的能力；避免特定于切片器的SDL文件的能力；在SDL文件中指定3D填充物图案或纹理图案的几何单元的能力；等等。
本发明的实施例可以在几乎任何类型的计算系统上实现，无论正在使用的平台如何。例如，计算系统可以是一个或多个移动装置(例如，膝上型计算机、智能电话、个人数字助理、平板计算机或其他移动装置)、台式计算机、服务器、服务器机箱中的刀片(blade)、或至少包括最小处理能力、存储器以及(一个或多个)输入和输出装置以执行本发明的一个或多个实施例的任何其他类型的一个或多个计算装置。例如，如图5所示，计算系统(500)可以包括一个或多个计算机处理器(502)、相关联的存储器(504)(例如，随机存取存储器(RAM)、高速缓存存储器、闪存等)、一个或多个储存装置(506)(例如，硬盘、光学驱动器(比如紧凑盘(CD)驱动器或数字多功能盘(DVD)驱动器)、闪存记忆棒等)、以及许多其他的元件和功能。(一个或多个)计算机处理器(502)可以是用于处理指令的集成电路。例如，(一个或多个)计算机处理器可以是处理器的一个或多个核或微核。计算系统(500)还可以包括一个或多个输入装置(510)，比如触摸屏、键盘、鼠标、麦克风、触摸板、电子笔或任何其他类型的输入装置。此外，计算系统(500)可以包括一个或多个输出装置(508)，比如屏幕(例如，液晶显示器(LCD)、等离子体显示器、触摸屏、阴极射线管(CRT)监视器、投影仪或其他显示装置)、打印机、外部储存器或任何其他输出装置。输出装置中的一个或多个可以与(一个或多个)输入装置是相同的或不同的。计算系统(500)可以经由网络接口连接(未示出)来连接到网络(512)(例如，局域网(LAN)、广域网(WAN)(比如互联网、移动网络)或任何其他类型的网络)。(一个或多个)输入和输出装置可以本地或远程地(例如，经由网络(512))连接到(一个或多个)计算机处理器(502)、存储器(504)以及(一个或多个)储存装置(506)。存在许多不同类型的计算系统，并且前述(一个或多个)输入和输出装置可以采取其他形式。
执行本发明的实施例的计算机可读程序代码的形式的软件指令可以整个地或部分地、暂时地或永久地存储在非暂时性计算机可读介质上，非暂时性计算机可读介质比如CD、DVD、储存装置、磁盘、磁带、闪存、物理存储器或任何其他计算机可读存储介质。具体地说，软件指令可以对应于当被(一个或多个)处理器执行时被配置为执行本发明的实施例的计算机可读程序代码。
此外，前述计算系统(500)的一个或多个元件可以位于远程位置处，并且通过网络(512)连接到其他元件。此外，本发明的一个或多个实施例可以在具有多个节点的分布式系统上实现，其中本发明的每个部分可以位于分布式系统内的不同节点上。在本发明的一个实施例中，节点对应于不同的计算装置。可替代地，节点可以对应于具有相关联的物理存储器的计算机处理器。节点可以可替代地对应于计算机处理器或具有共享存储器和/或资源的计算机处理器的微核。
虽然已经关于有限数量的实施例描述了本发明，但是受益于本公开的本领域技术人员将意识到，可以想出不脱离如本文所公开的本发明的范围的其他实施例。因此，本发明的范围应仅由所附权利要求书限定。