增材制造期间管理层之间的热贡献的制作方法

增材制造技术可以通过构建材料的固化在逐层的基础上生成三维对象。在这种技术的例子中，构建材料以逐层方式供应，并且固化方法可包括加热构建材料的层，以使得选择的区域中熔化。在其他技术中，可以使用其他固化方法，例如化学固化方法或粘合材料。

附图说明

现将参照附图描述非限制性实施例，其中：

图1是确定用于施加打印试剂的打印指令的示例性方法的流程图；

图2a-2c是示例性热图的示意图；

图3是确定用于施加打印试剂的打印指令的另一示例性方法的流程图；

图4是示例性增材制造设备的简化示意图；并且

图5是与机器可读的介质相关联的示例性处理器的简化示意图。

具体实施方式

增材制造技术可以通过构建材料的固化来生成三维对象。在一些实施例中，构建材料可为粉末样粒状材料，其可例如为塑料、陶瓷或金属粉末。生成的对象的性质可取决于所使用的构建材料的类型和固化机制的类型。可以将构建材料沉积在例如打印床上并逐层处理，例如在制造室内。

在一些实施例中，通过定向施加能量来实现选择性固化，例如使用激光或电子束，其使得施加定向能量的构建材料的固化。在其他实施例中，可以将至少一种打印试剂选择性地施加至构建材料，并且在施加时可以是液体。例如，助熔剂(‘聚结剂(coalescenceagent)’或‘聚结剂(coalescingagent)’)可以以从表示要生成的三维对象薄片的数据导出的图案中选择性地分布到构建材料层的部分上(例如，其可以从结构设计数据生成)。助熔剂可具有吸收能量的组合物，使得当能量(例如，热、光或一些其他能量)施加至层时，例如从能量辐射源施加时，已施加能量的构建材料根据图案聚结并固化以形成三维对象的薄片。在其他实施例中，可以以一些其他方式实现聚结。

除了助熔剂之外，在一些实施例中，打印试剂可包含聚结改性剂(下文中称为改性剂或细化剂(detailingagent))，其用于改变助熔剂的效果，例如通过减少或增加聚结，或有助于对对象产生特定的光洁度或外观，因此这种物质可称为细化剂。减少聚结的改性剂(例如，因为它们可以反射入射能量，不吸收能量以及助熔剂，或者蒸发，因此具有冷却效果)在本文中称为熔融减少剂。增加聚结的改性剂在本文中称为熔融增强剂。着色试剂(例如包括染料或着色剂)可在一些实施例中用作助熔剂或改性剂，和/或用作打印试剂从而为对象提供特定颜色。

如上所述，增材制造系统可以基于结构设计数据生成对象。这可涉及设计者生成要生成的对象的三维模型，例如使用计算机辅助设计(cad)应用。该模型可以定义对象的实心部分。为了使用增材制造系统从模型生成三维对象，可以处理模型数据以生成模型的平行平面薄片。每个薄片可以限定相应的构建材料层的一部分，该构建材料层将被增材制造系统固化或使其聚结。

图1是方法的实施例，其可为增材制造的方法，包括：在框102中，形成要在对象生成中处理的构建材料的第一层。例如，可在打印床上提供构建材料的层，直接或覆盖在至少一个先前形成的层上(并且在一些实施例中，先前形成的层可以已通过施加至少一种打印试剂被处理，并用来自能量源(例如加热灯)的能量照射)。框104包括基于用于第一层的打印指令将至少一种打印试剂选择性地施加在第一层上。例如，这可以根据预定的图案，该预定的图案可以是从表示由增材制造设备通过使构建材料熔融生成的对象的对象模型数据导出的图案。这样的对象模型数据可以例如包括计算机辅助设计(cad)模型，和/或可以例如是立体光刻(stl)数据文件，并且可以例如指定对象的'薄片'中的材料分布(例如，识别实心部分)。

框106包括向构建材料的层施加能量，例如使用能量源，以使得在至少一个区域中引起熔融。这可以例如包括例如使用加热灯将热量施加到构建材料的层，或者用光、微波能量等照射该层。

框108包括测量与第一层对在对象生成中要处理的构建材料的后续层的热贡献相关联的至少一个温度。在一些实施例中，可以测量构建材料层的表面上的多个温度。例如，构建材料的层可以被认为是多个像素，并且多个像素中的每个都可以与温度测量相关联。在一个实施例中，像素的长度可为1-2cm的级别，将约30cm×40cm的打印床分成约32×32像素矩阵，但可以形成更大或更小的像素。在一些实施例中，可以在其处理之后测量第一层的温度。在一些实施例中，可以形成构建材料的后续层，例如覆盖试剂处理过的和至少部分熔融的第一层，并且可以测量该后续层的温度，例如在向其施加任何打印试剂施加之前。可使用任何类型的温度传感器测量温度。在一些实施例中，可以使用热成像相机或红外(ir)相机来测量温度。

框110包括使用至少一个处理器确定是否存在表示偏离第一层对后续层的区域的预期热贡献的温度条件。因此，框110考虑“层间”温度贡献，而不是“层内”温度条件(即，因为它们涉及单个层的温度条件)。在一些实施例中，确定是否存在这样的温度条件可包括将层上的至少一个(或多个)位置或区域中的每一个处的温度与该位置/区域的建模的预期温度进行比较。这可以例如包括将层的测量热图与建模的预期热图比较，或者比较其空间对准的像素。在其他实施例中，确定温度条件可包括将层上的至少一个(或多个)位置或区域中的每一个处的温度与阈值温度进行比较。该区域可包括后续层的一部分但不是全部。

在一些实施例中，温度条件指示与过温条件相关联的构建材料层的区域，换句话说，该区域可包括层上的“热点”。例如，这可以是相对于该层的预定阈值温度的过热温度中的至少一个，或者可以是相对于该区域的预期温度的过热温度，或者可以是相对于该区域外的层的温度的过热温度。换句话说，温度测量可以用于揭示后续层中的实际或潜在的热点，这可以说明在后续层中可影响(或者在一些实施例中导致)熔融不是(或者不仅仅是)通过施加打印试剂和随后提供能量，而是通过下面的第一层的热贡献。在其他实施例中，它可以指示过程的开始，该过程可以在若干后续层中导致或增加非预期熔融的风险，除非采取措施来抵消热条件。因此，在这样的实施例中，热条件可以指示足够热的温度以影响后续层的处理。

在一些实施例中，可以存在与要生成的对象的层相关联的初始打印指令集，指定每个层的打印试剂的量和/或放置。在一些实施例中，可以在不参考所得温度(或不参考所得的层间温度)的情况下确定要施加在初始打印指令集中的预期部分中引起熔融的打印试剂的量。这些方法可以例如依赖于层的处理之间的冷却来控制或防止热点的产生。然而，在一些实施例中，情况可能是，考虑对象生成过程的热模型，例如以控制第一层可能以非预期或不受控的方式影响后续层的熔融的可能性。在实践中，即使考虑热模型，对象生成中的构建材料层的热性能也可能偏离模型，例如由于所使用的构建材料和/或打印试剂的热性质的变化(例如，构建材料可以再循环，并且其热性质可以在其寿命期间改变)，或环境条件(包括环境温度和湿度)，不完整的模型等。因此，无论是否考虑热模型，情况都可能是，第一层对后续层的热贡献可导致非预期后果，其可包括后续或另一层中的非预期熔融，非预期的物理性质比如脆性、强度损失、尺寸精度损失和/或粗糙度增加的特性，或由于对象形成期间过热/加热而导致的对象外观的变化。

然而，在该实施例中，如果确定存在指示偏离第一层的预期热贡献的温度条件，则该方法通过基于温度条件确定用于将打印试剂施加至后续层的区域的打印指令而在框112中继续。这可包括修改用于将打印试剂施加至后续层的预定的打印指令。在一些实施例中，至少一部分预定的打印指令被修改，而至少一部分预定的打印指令未被修改。例如，如果识别出超温条件，则可以修改要施加至超温区域的特定量的打印试剂的预定的打印指令，例如以减少助熔剂或熔融增强剂的量(其可为滴数或浓度)，和/或增加熔融减少剂的量。如果确定了低温条件，则可以增加助熔剂或熔融增强剂的量，或减少熔融减少剂的量。在一些实施例中，基于温度条件确定用于将打印试剂施加至后续层的打印指令可包括：在打印指令内指定具有与在修改打印指令之前指定的至少一个打印试剂不同的能量吸收特性的打印试剂。在一些实施例中，预定的打印指令可包括用于在构建材料层上打印的打印指令，并且该修改可以仅应用于打印指令的一部分，例如与确定的超温条件相关联的区域有关的打印指令，例如，到热点区域。在其他实施例中，可以基于模型和温度条件来确定打印指令，使得要施加到后续层的至少一个区域的打印试剂受到温度条件的存在的影响。

虽然可以例如通过降低环境温度或减少通过加热灯等施加到层的能量的量等来解决超温条件，但是这些解决方案可能相对难以精确控制并且它们的效果可能应用于整个层，并且实际上可以应用于整个对象或正在制造的对象。结果，这可能引起其他不利影响，例如“未熔化”，其中对象区域的熔融不完全、收缩、翘曲、过度冷却等。然而，确定打印指令可以允许细粒度响应，其在一些实施例中可以仅应用于经受或可能经受超温或低温条件的层的区域。

因此，在该实施例中，可通过确定(在一些实施例中包括修改)用于将打印试剂施加至该层的打印指令来解决针对层看到或预期的低温或超温条件。这可以解决或抵消在预期的热条件下偏离的后果而不会过度地影响该层。在一些实施例中，尽管至少一些非预期的熔融可能导致后续层，但是基于温度条件确定用于该层的打印试剂指令可以防止或抵消跨多个层的不受控制的热贡献。例如，如果在形成热点之后打印继续如最初预期的那样，则这可能意味着热量在热点区域中进一步累积，并且非预期的熔融和/或非预期的物理性质可以通过多个层传播。

在一些实施例中，该方法可进一步包括形成后续的构建材料层(其可在测量温度之前或之后形成)以及根据确定的打印指令用打印试剂打印后续层。在一些实施例中，后续层可随后作为图1中的第一层处理，并且该方法可以针对在增材制造中形成的层中的每个或至少一些层执行。

由于这样的“热点”可在多个层上形成，因此可以不对每个层执行该方法。例如，该方法可以在交替层、或每三层、或每十层等上进行。将该过程应用于某些层而不是所有层可以减少处理而不会过度冒热点的不利影响的风险。在一些实施例中，因为当制造对象的主体部分时(即，当使相对大的、基本上连续的体积的构建材料熔融时)更可能导致这样的热点，所以该方法可以与形成这种部分的层相关联地执行。例如，可以分析对象数据以确定特定体积之上的部分(其可以是预定的，例如基于预测的热性能)，并且该方法与接近这样的对象部分的层相关联地执行。更一般地，该方法可以针对与热点的相对较高风险相关联的层而不针对与热点的相对较低风险相关联的层执行。

图2a-c示出作为“热图”200a-c的构建材料层表面上的温度测量的实施例。这样的图可以表示多个成像像素，每个成像像素都与温度测量相关联。在图中，较高的温度表示为较暗的区域，而较低的温度表示为较亮的区域。

图2a示出已经用助熔剂处理并用加热灯加热的构建材料层的热图200a。为了该实施例的目的，在该层中形成的对象包括十字形横截面202。如较暗区域所示，构建材料层在十字形状上比在周围区域中更热。此外，十字形202的温度有一些变化，由于来自所有侧面的热贡献，中心区域204比周围的“臂”更热。因此，在十字形202的中心处存在相对热点。周围未熔融的构建材料的温度低于熔融区域的温度。应注意的是，在实践中，可能有更多的温度变化，这在图中未示出以避免使它们过于复杂。

图2b示出在图2a所示的层上形成的并且在向其施加任何打印试剂施加之前的构建材料层的热图200b。在形成该层时，可以对构建材料进行一些预热，其可以例如使用辊等形成。在该实施例中，来自图2a的十字形热图案在某种程度上“渗透”，即在其区域中存在来自下层的显著热贡献。在覆盖中心区域204的热点206的区域中尤其如此，其比周围部分更热。在一些实施例中，即使没有施加打印试剂和能量的通常处理，这种加热也足以引起该层的熔融。这可能意味着该层的部分熔融了不希望熔融的地方，和/或产生了非预期的物理性质。此外，如果执行用于在该层上打印的预定的打印指令，则可通过添加另外的打印试剂来加剧超温条件，并且该问题可以通过连续层来构造。这可能是施加到下层的打印试剂扩散到后续层中的情况(特别是如果两者同时至少部分熔融则可能发生)。在这种情况下，当后续层用打印试剂处理时，它不仅会包含施加的打印试剂而且包含扩散的打印试剂，这可能意味着它将承受超过预期的助熔剂浓度，从而导致增加的能量吸收。在某些情况下，例如在试剂着色的情况下，这种效果可能是由于色差导致或加剧，从而导致不同的热吸收。

在一些实施例中，图2b的热图可用于通过将测量的温度与阈值温度进行比较来确定指示偏离第一层的预期热贡献的温度条件(尽管在其他实施例中，图1a的热图可用于确定指示偏离层之间的预期热贡献的温度条件的存在。考虑图2b的实施例，可能是在热点206的区域中超过阈值温度的情况。例如，可以针对与用于形成对象的该层的材料的组合相关联的熔融温度来设定阈值温度。可能的情况是将阈值温度设定为低于熔融温度预定量，以防止任何非预期的熔融。

这允许采取行动以抵消在其产生不利影响之前在连续层上热点构造的影响。在其他实施例中，阈值可以与特定对象属性相关联的温度相关，例如强度、弹性等。例如，在构建材料是塑料粉末的情况下，材料可以与约160-190℃的熔融温度相关联。在这样的实施例中，可能是与所使用的材料组合相关的熔融温度低约10℃的任何温度都表示偏离了来自下层的预期热贡献。

在其他实施例中，可存在预期热贡献的模型，例如以模型的形式，或预期的用于该层的热图200c，其实施例在图2c中示出。图2c的模型热图200c预期加热区域208，但是，从较浅的阴影可以看出，该预期加热低于在热点206中测量的实际温度。在一些实施例中，可以确定测量的和预期的热图之间的差异。该差异可用于确定温度条件偏离预期温度条件(例如，基于阈值差)，和/或确定修改，或者可应用滤波器以识别大于预定阈值的差(其可以与温度感测设备的精度有关，例如，忽略在设备的误差带内的温差)。

图3是方法的实施例，其可以是增材制造的方法，并且可以例如遵循图1的框102-106。

在框302中，形成后续的构建材料层，并且在框304中，测量所形成的后续层的至少一个温度。框306包括识别构建材料的后续层中测量温度大于阈值温度的区域。框308包括修改用于将打印试剂施加至后续层的识别区域的预定的打印指令。打印试剂的量可为助熔剂的量(例如浓度、密度和/或色调水平)和/或改性剂的量。在其他实施例中，可以修改打印试剂的类型或类别。

通过测量后续层的温度，例如在向其施加任何打印试剂施加之前，可以确定实际的即时热贡献，其与后续层的实际含量和即时环境条件有关。

框306可以包括基于测量的温度确定函数。例如，这样的函数可在空间上变化(例如在x和y轴上，其中在xy平面中形成层)并且可表示或基于热图，和/或至少一个测量值与阈值温度和预期温度中的至少一个之间的差。每个位置处的函数的大小(magnitude)都可以指示与先前层的预期热贡献的偏离程度，其可以例如是层上的恒定温度值，或者可以在层上变化的建模温度值。在一些实施例中，在框308中修改用于将打印试剂施加至后续层的预定的打印指令可包括将函数和用于后续层的预定的打印指令进行卷积。因此，可通过与相应位置处的函数的大小相关的量来修改至少一个打印试剂。在一些实施例中，可以从测量的温度开发多个函数。在其他实施例中，在确定打印指令时，可以将函数与模型数据进行卷积。

在另一实施例中，框308可包括将掩模应用于将打印试剂施加至后续层的预定的打印指令。例如，掩模可具有随位置变化的值。在一些位置，掩模可能对预定的打印指令没有影响，而在其他位置掩模可具有修改效果，例如将现有的打印试剂量调整特定值(其可在区域或位置之间变化)。换句话说，掩模可以指示要修改的打印指令的至少一部分和/或要保持不修改的打印指令的至少一部分。

在一些实施例中，可以开发多个掩模，其可涉及不同的打印试剂和/或在构建材料上的试剂分配器(比如打印头)的不同通道。掩模可以基于测量的温度，或基于确定的温度差，使得温度或温度差的大小与掩模的值或效果相关联。

例如，可以确定在施加打印试剂之前层的热图像的叠加以及表示要施加至层的打印试剂的打印指令。例如，如果该层被认为是xy平面，则可以确定描绘要修改打印试剂的区域的x和y位置，并且将修改应用于与这些区域有关的打印指令。

每种打印试剂的量(或对其进行的修改)都可以例如基于与所施加的特定量的打印试剂的效果有关的热模型来确定，或者基于使用机器学习技术开发的数据来确定，从而确定量或量的变化会如何影响温度。在一些实施例中，可以以逐步的方式修改量，直到达到预期的状态。在一些实施例中，可以开发与助熔剂的修改量、改性剂和两者的组合的热效应有关的模型。

因此，框304、306和308可分别提供图1的框108、110和112的实施例，并且可以遵循图1的框102-106。如上所述，在另一实施例中，框108可包括识别构建材料的后续层中测量温度与预期温度相差超过阈值量的区域。

图4是增材制造设备400的实施例，其包括打印试剂分配器402、温度传感器404和处理电路406。可在增材制造设备400的使用中提供打印床408，其可为可移除组件(例如，作为滑车(trolley)的一部分提供)以支撑构建材料层。可以控制打印试剂分配器402以将打印试剂选择性地打印到打印床408上的构建材料层上，例如根据预定图案。例如，打印试剂分配器402可包括打印头托架和/或打印头(例如喷墨打印头)，并且可将打印试剂作为液体施加，例如在打印床408上的一次或多次通过中。温度传感器404(其可为热相机、热成像阵列等)测量构建材料层上的多个位置(例如，热成像像素)中的每一个的温度。可以控制温度传感器404以在打印试剂分配器402在打印床上施加打印试剂之前测量在打印床上形成的构建材料层上的多个位置中的每一个的温度。

在一些实施例中，增材制造设备400可包括构建材料分配器，其可在打印床408上布置成多层构建材料，例如包括用于将构建材料铺展在打印床408上的辊。在一些实施例中，其上具有打印床408的可移除组件还可包括构建材料源，并且可包括提升构建材料并准备它的机构，使得构建材料分配器可以将构建材料铺展在打印床408上。

处理电路406包括热分析模块410和控制数据模块412。热分析模块410被布置成利用温度传感器404的测量来确定构建材料的第一层对在对象生成中待处理的构建材料的后续层的区域的热贡献是否超过阈值。例如，热分析模块410可被布置为执行如上所述的框108或306。控制数据模块412被布置成基于热分析模块410的输出确定用于将助熔剂打印到后续层上的控制数据。例如，控制数据模块412可被布置为执行如上所述的框110或308。

在一些实施例中，控制数据模块412可被布置成如果热分析模块410识别其中构建材料的第一层在对象生成中对要处理的构建材料的后续层的热贡献超过阈值的至少一个区域，则修改预定控制数据。这些层可以相邻或可以由至少一个中间层隔开。第一层的热效应可为在热耦合到第一层的若干层上积累的热量的累积效应。

在一些实施例中，热分析模块410可被布置成使用热模型确定构建材料的第一层在对象生成中对要处理的构建材料的后续层的区域的热贡献是否超过阈值。例如，可以确定测量温度和预期温度之间的差。

温度传感器404还可以用于控制设备的其他方面，例如以向用于预热构建材料的热源提供反馈；向用于施加能量的热源提供反馈以引起聚结，从而达到对象生成温度而不会过度超过；和/或确定何时冷却生成的对象。温度传感器404可进一步用于测量增材制造设备的其他部件的温度，例如墨盂(spittoon)、幅材擦拭物或液滴检测器的温度。

图5是与处理器502相关联的机器可读的介质500的实施例。机器可读的介质500包括指令，当由处理器502执行时，使得处理器502基于在逐层增材制造过程中的构建材料的后续层上的温度测量，确定指示先前层使后续层的区域加热超过阈值的温度条件(例如，确定“热点”)，其中所述后续层覆盖已经用打印试剂打印以使其选择性固化的构建材料的先前层；并确定用于将打印试剂施加至构建材料的后续层的打印指令。

在一些实施例中，确定打印指令的指令包括修改预定的打印指令的指令，以导致以下中的至少一种：要施加的助熔剂或熔融减少剂的量(其可为每单位面积的滴数，或浓度)减少；要施加的熔融减少剂的量增加；或施加至区域的打印试剂的改变。在一些实施例中，用于确定指示超过阈值的后续层的先前层的加热的温度条件的指令是基于预测后续层的先前层的加热的模型来确定温度条件。

在本文所述的一些实施例中，在这种情况下，对打印试剂量的动态调整由诸如热成像相机或其他ir传感器的温度传感器触发。在一些实施例中，温度传感器可以用于检测热点，热点可以相对于绝对阈值(例如，检测热梯度)或相对于预期温度来确定。可以应用对打印试剂量的调整。可以确定调节的量(其可为减少量或增加量)以稳定热点的温度而不改变(或基本上不改变)打印床的其余部分的热稳定性。在一些实施例中，打印试剂的量或调整量可以例如使用基于阈值的方法或更复杂的方法(比如基于比例积分微分(pid)控制的计算)或通过遵循统计方法来确定(例如，基于机器学习，其能够考虑多个层的热性能以使热性能快速收敛到预期状态，并且在一些实施例中，在有问题的热条件可以发展之前)。

本公开中的实施例可以作为方法、系统或机器可读指令提供，比如软件、硬件、固件等的任何组合。这种机器可读指令可包括在其中或其上具有计算机可读程序代码的计算机可读存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)。

参考根据本公开的实施例的方法、设备和系统的流程图和/或框图来描述本公开。尽管上述流程图示出了特定的执行顺序，但是执行的顺序可以与所描绘的顺序不同。关于一个流程图描述的框可以与另一个流程图的框组合。应当理解，流程图和/或框图中的每个流程和/或框，以及流程图和/或框图中的流程和/或图的组合都可以通过机器可读指令来实现。

机器可读指令可以例如由通用计算机、专用计算机、嵌入式处理器或其他可编程数据处理设备的处理器执行，以实现说明书和图中描述的功能。具体地，处理器或处理装置可以执行机器可读指令。因此，装置的功能模块(比如处理电路406、热分析模块410和控制数据模块412)可以由执行存储在存储器中的机器可读指令的处理器或者根据嵌入逻辑电路中的指令操作的处理器来实现。术语“处理器”应广义地解释为包括cpu、处理单元、asic、逻辑单元或可编程门阵列等。方法和功能模块都可以由单个处理器执行或者在多个处理器之间分配。

这种机器可读指令还可以存储在计算机可读存储器中，该计算机可读存储器可以引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定模式操作。

机器可读指令也可以加载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得计算机或其他可编程数据处理设备执行一系列操作以产生计算机实现的处理，因此在计算机或其他可编程设备上执行的指令实现流程图中的流程和/或框图中的框指定的功能。

此外，本文的教导可以以计算机软件产品的形式实现，计算机软件产品存储在存储介质中并且包括用于使计算机设备实现本公开的实施例中所述的方法的多个指令。

虽然已经参考某些实施例描述了方法、装置和相关方面，但是在不背离本公开的精神的情况下，可以进行各种修改、改变、省略和替换。因此，意图是所述方法、装置和相关方面受所附权利要求及其等同方式的范围的限制。应当注意，上述实施例说明而不是限制本文描述的内容，并且本领域技术人员将能够在不背离所附权利要求的范围的情况下设计许多替代实施方式。结合一个实施例描述的特征可以与另一实施例的特征组合。

词语“包括”不排除存在除了权利要求中列出的要素之外的要素，“一个(a)”或“一种(an)”不排除多个，并且单个处理器或其他单元可以实现在权利要求中所述的数个单元的功能。

任何从属权利要求的特征都可以与任何独立权利要求或其他从属权利要求的特征组合。