修改对象的基层

摘要

打印对象包括未在对象的原始模型中出现的修改。该修改被包括在对象的基层中。

说明书

背景技术

可通过打印以及堆叠对象的横截面部分在三维中创建对象。

在一种方法中，直接通过分配多层熔融材料来打印对象，该多层熔融材料在分配 后迅速固化。这种方法的示例是熔融沉积成型。

另一种方法涉及在粉末或液体载体材料中逐层成形对象。例如，沉积一层粉末， 并熔融其中的选中部分。逐层重复此过程以在粉末或颗粒内建立固体对象。类似地， 粘合剂可分配到多层粉末上，由此，结合后续层部分，以在粉末中形成对象。例如， 支撑对象的支撑台板以及载体介质可相对于激光器、熔融器或分配器逐步移动，以允 许逐层建立。可替代地或此外，激光器、熔融器或分配器可相对于台板移动。

在另一个类似的方法中，在载体液体中固化对象的各层，其中每个固化的层建立 在之前固化的部分上。例如，支撑对象的台板可在液体容器中逐步向下移动，以允许 固化新的对象层。可发射热辐射或光，以有助于载体介质的选中部分的熔融、结合和/ 或固化。

这些三维打印方法中的一些可称为立体成型、粉床三维打印、喷墨头三维打印、 自由实体制造、添加剂制造、固体自由成型制造、烧结，等等。

附图说明

为了说明目的，现在将参照附图描述依照本公开构造的某些示例，其中：

图1图示包括原始模型和打印对象的三维打印系统的示例示意图，；

图2图示包括原始模型、虚拟对象和打印对象的三维打印系统的示例示意图；

图3图示准备对象以供打印的方法的示例流程图；

图4图示准备对象以供打印的方法的另一个示例流程图；

图5图示如何逐层打印对象以及最终对象的示例示意图；

图6图示准备用于打印涉及图5的对象的方法的示例流程图；

图7图示打印系统中对象的示例横截面侧视图的示意图；

图8图示涉及图7的台板的示例透视图；

图9图示准备对象以供打印的方法的示例流程图，例如，对应于图7和图8 的示例；

图10A图示对象的基层的示例；

图10B图示包括图10A的基层的最终对象的示例；

图11图示准备对象以供打印的方法的示例流程图，例如，对应于图10A和图 10B；

图12图示如何逐层打印对象以及最终对象的示例示意图；

图13图示准备对象以供打印的方法的示例流程图，例如对应于图12；

图14图示准备对象以供打印的方法的再一个示例流程图；以及

图15图示打印的方法的示例流程图。

具体实施方式

在以下的详细描述中，参照附图。说明书和附图中的示例应视为说明性的， 且目的不是限制所描述的具体示例或元件。通过某些元件的修改、组合或变形， 可从以下描述和附图中得到多个示例。

图1图示打印系统1的示例。打印系统1是三维打印系统，用来打印三维对 象2。例如，打印系统1用来根据熔融沉积成型、立体成型、粉床打印或烧结、喷 墨头三维打印、自由实体制造、添加剂制造、固体自由成型制造、烧结或任何其 他形式的三维打印或分配中的至少一种，打印三维对象2。注意到，在本公开中， 术语打印和打印系统1或类似的术语应被广泛解释。在本公开中，打印还可理解 为“创建”或“建立”。在本公开中，打印系统可以是在图像数据的基础上逐层 建立对象的任何创建或建立设备。

图1图示由打印系统1基于原始模型3打印的示例对象2。打印系统1包括形 成设备6(例如，分配器和/或热发射器和/或光发射器)，用于产生对象2。

例如，打印系统1包括固定或可替换的计算机可读介质4。例如，计算机可读 介质4用来至少暂时性地存储对应于模型3的图像数据，例如，三维图像数据或 对应于层的二维图像数据的集合。例如，打印系统1包括处理器5，用来处理此图 像数据以及用来控制打印系统以打印对象2。例如，处理器5用来指导形成设备6 以基于如存储在计算机可读介质4上的原始模型逐层建立对象2。例如，处理器5 和计算机可读介质4是打印系统控制器或ASIC(专用集成电路)的部分。例如， 计算机可读介质4包括用于基于图像数据指导形成设备6的打印系统配置文件或 驱动。

例如，打印系统1包括台板7，用来支撑对象2和/或载体介质(例如液体或 粉末)。在打印系统1在载体介质中形成对象2的示例中，可在台板7周围提供 一组隔墙或容器8。台板7可以是容器8的集成部分。在另一个示例中，在每个打 印作业中，隔墙在对象2的周围被打印。可在打印系统中提供用于沉积载体介质 的层的载体介质分配器(未示出)，例如，每次在对象2的层已结合、熔融和/或 固化之后，分配粉末层。

在另一个示例中，形成设备6用来直接打印对象2，例如，通过层层分配熔融 材料，而不用使用载体介质分配器。在另一个示例中，使用液体载体介质，其中 对象在液体表面层层固化，并且通过台板相对于液体表面向下步进运动来建立。

例如，台板7是可移动的，例如在垂直方向上。例如，台板7相对于形成设 备6移动，以允许逐层固化。在另一个示例中，形成设备6相对于台板7移动和/ 或形成设备6以及台板7两者都移动。

在某些示例中，打印系统1不包括台板7或容器8。例如，打印系统1用来在 不必是打印系统1的集成部分的另一个表面上打印。

在一个示例中，形成设备6逐层分配能量或材料，以一层又一层地建立、结 合或固化对象2。在一个示例中，形成设备6分配熔融或软化材料。在一个示例中， 形成设备6分配粘合剂或反应材料，以选择性地熔融、结合或固化载体介质。在 一个示例中，形成设备6发射热或光或预选波长范围内的其他合适的电磁信号， 以选择性地熔融、结合和/或固化载体介质和/或熔融材料。在一个示例中，形成设 备用于通过热暴露或光聚合选中区域来固化液体/粉末。在一个示例中，形成设备 6包括激光器等。在又一个示例中，形成设备6发射声波以熔融载体介质，例如， 通过立体成型。在一个示例中，形成设备6可在分配或发射材料或能量时，分别 在水平和/或垂直方向移动，在某些实例中，以移动台板7替代或补充。在一个示 例中，形成设备6能够在台板7的整个宽度上分配或发射，以在一个方向扫描， 或者，形成设备6用于在X方向和Y方向上扫描，其中X轴和Y轴平行于台板7。 在另一个示例中，形成设备6在X方向和Y方向上跨越整个台板7。在某些示例 中，形成设备6包括若干个子设备，例如，分配材料的分配器以及发射电磁波或 声波或热波的发射器。

例如，原始模型3将要生产的最初期望设计表示为打印对象2。例如，原始模 型3可以是有形模型，或可以是数字图像数据形式的虚拟原始模型。在本公开中， “虚拟”可解释为“数字”。例如，原始模型3将通过显示器呈现，以允许终端 用户或操作者选择这种原始模型以供打印。在一个示例中，通过第三方网站或应 用程序呈现原始模型。在一个示例中，原始模型3包括三维图像数据和/或可包括 用来逐层构造三维对象的二维图像集合。在一个示例中，以数字数据的形式向打 印系统1传递原始模型3，例如，以适用于由打印系统1处理、转换和/或打印的 文件格式。在一个示例中，原始模型3存储在计算机可读介质4上，计算机可读 介质4诸如是固定的或可替换的非瞬态、非易失性数字存储装置，在某些实例中， 其可以是打印系统1的部分。在其他实例中，计算机可读存储介质4是移动非易 失性存储器或是远距离计算设备(诸如服务器、数据库等)的部分。在一个示例 中，由这种远距离计算设备呈现原始模型3，和/或从这种远距离设备下载原始模 型3，例如，通过第三方网站或应用程序。

在另一个示例中，原始模型3是物理上的有形模型。例如，可由扫描设备在 打印期间扫描这种有形原始模型。例如，向打印系统1发送扫描的数据。例如， 扫描的数据将被转换成计算机可读数据，以供打印系统1实时打印。

在本公开中，对象2表示原始模型3的打印版本，或模型3的预处理的虚拟 (数字)版本。对象2包括相对于原始模型3的修改10，其中修改10被提供在对 象2的基层11中。在一个示例中，修改10包括突起。修改10未在原始模型3中 出现。在一个示例中，修改基层11，以在相对薄的基层11中传播应力，以防止打 印的初始阶段中的变形。例如，可去掉突起之外的修改或同样的设计变化用来对 抗基层11中的压力。

图2图示如图1的具有类似特征的类似打印系统1。图2图示修改以供打印的 对象2A，其可以是数据形式以供打印的虚拟对象2A，其中虚拟对象2A包括未在 原始模型3中出现的虚拟修改10A。在一个示例中，虚拟修改10A是虚拟突起。 虚拟修改10A被添加到虚拟基层11A，使得最终对象2是虚拟对象2A的直接物理 呈现。例如，可由打印机1在没有其他修改的情况下处理虚拟对象2A。例如，由 打印系统1外部的处理器5A添加虚拟修改10A。例如，虚拟对象2A存储在打印 系统外部的远距离计算机可读介质4A上。例如，虚拟对象2A存储在服务器、数 据库或移动非易失性存储器(诸如USB记忆棒或闪存卡等)上。例如，虚拟对象 2A例如在选择原始模型3之后，从网站、数据库、服务器或合适的应用程序可下 载。在本公开中，除非另外提及，对象2、对象2A、修改10、修改10A以及基层 11、基层11A指物理实例和虚拟(数字)实例两者。

图3图示准备对象2、对象2A以供打印的示例方法的流程图，方法包括例如 用处理器5、处理器5A读取原始模型3(框100M)。该方法进一步包括：例如用 处理器5、处理器5A相对于原始模型3修改对应的对象2、对象2A的基层11、 基层11A(框110M)。计算机可读介质4、计算机可读介质4A可包括指令，在 指令被执行时，引起处理器5、处理器5A读取原始模型3，以及相对于原始模型 3修改基层11、基层11A。然后，处理器5可指导形成设备6打印包括修改10的 对象2。

基层11可被定义为相对小的厚度t的第一打印层的集合，也就是说，刚性足 够抑制内部应力引起的形变的厚度。到达这种厚度t，基层11较薄，且因此相对 容易受到形变影响。基层11由第一打印层限定，且可以以适合打印的方式确定， 不论可将什么认为是最终产物的基部、底部、顶部、侧部等。也就是说，可在任 何方向打印产物，上下颠倒、在侧面上，等等。在某些情况下，由于例如温度改 变、局部温度梯度、相变(例如凝固)、载体介质和打印层的不同热膨胀、化学 反应等中的至少一个引起的机械和热应力，诸如卷曲、收缩或膨胀之类的形变可 在第一层的打印期间发生。如果部分打印对象2的这些第一打印层变形，即使仅 略微变形，这都可能影响对象2的其余部分。结果，后续打印层可能错放或损坏。 在另一个场景中，打印在第一层顶上的后续层可能引起这些第一层移动、弯曲、 损坏或者相对于后续层完全或部分形变。在第一层打印期间，由于三维对象2的 整体厚度仍然相当低，因此过程可能易于畸变。

在示例中，向基层11、基层11A添加诸如突起之类的修改10、修改10A的效 果在于可减少打印的基层11中的形变。可由打印系统处理器5实时添加修改10、 修改10A，或由外部处理器5A预先添加修改10、修改10A。通过向基层11添加 至少一个修改10，应力可分布于这些修改10中或这些修改10的周围区域，或分 布在基层11上，使得可减少打印期间基层11中的形变的可能性。在修改包括突 起的示例中，应力可传播到这些突起，使得仅突起形变。

例如，突起是具有细长形状的相对薄的延伸。在进一步的示例中，突起具有 蛇形、卷曲形或其他合适的形状，以例如有助于应力释放。例如，突起包含分支 形式的进一步的子突起。例如，突起至少部分由凸缘式或脊状的延伸或襟翼限定。 突起可以是牺牲特征，将在打印后去除。在其他示例中，突起在打印后是不可见 的或很难看到的，并且不需要去除，或突起自动消失。在说明性的示例中，突起 具有相对薄的、细长的管状或矩形的形状。

原始模型3可包括基层中的原始突起，原始突起是最初期望设计的部分。这 些原始突起不会与修改10、修改10A以及本公开中讨论的添加的突起混淆。

例如，添加的突起和基层11、基层11A相对较薄，例如，达到刚性足够防止 应力的厚度。例如，添加的突起和基层11、基层11A可以是约500微米或更小、 约300微米或更小、或者约200微米或更小的厚度t，例如，如从对象2、对象2A 的底表面测量的。例如，添加的突起和基层11、基层11A可具有约1、10、50或 100微米的最小厚度，或在某些实例中更小的厚度。在示例中，基层11、基层11A 由较少数量的第一打印层构成，例如，一到五个连续的第一打印层，一到二十个 连续的第一打印层或一到一百个第一打印层。基层11、基层11A的层的数量可取 决于每个单独的打印层的厚度，每个单独的打印层的厚度相应地可取决于设置或 打印系统1的限制和/或对象2的大小。在示例中，打印系统1用来打印具有约0.5 和1000微米之间或0.5和200微米之间的厚度的单独的层。

例如，取决于基层11、基层11A的体积、表面面积和/或形状，突起的说明性 示例的长度L可以是大约几个微米、几十个微米或几百个微米，或者几个毫米或 几十个毫米。突起的长度L可定义为最初期望的基层外边界B到突起的外端之间 的长度。

例如，计算机可读介质4、计算机可读介质4A存储与刚性足够抑制应力引起 的形变的基层厚度t对应的阈值，其中在指令被执行时，引起处理器设置基层11、 基层11A的厚度t，并且至少一个突起不厚于所述阈值。依照之前的段落，这种阈 值可以是500、300或200微米。相应地，图4图示准备对象2、对象2A以供打 印的另一个示例方法的流程图，其包括向对象2、对象2A的基层11、基层11A 添加至少一个突起，其中突起未在原始模型3、原始模型3A中出现(框200M)。 例如，基层11、基层11A和突起具有达到刚性足够抑制应力引起的形变的阈值的 厚度t(框210M)。

图5图示如何逐层打印对象102的示例示意图。图5的左侧图示对象102的 单独的打印层111、112、113的示例。打印层111、112、113表示载体介质的更 大的层111A、112A、113A中的熔融、结合或固化的部分。在图示的示例中，基 层111包括一个第一打印层。在图示的示例中，为了清楚的目的，省略了若干个 中间载体介质和打印层n。图5的右侧图示最终打印对象102的示例，其中，为了 清楚的目的，已省略了对象102的部分N。如能够看到的，第一打印基层111包 括水平延伸的突起110。图示的突起110朝外并远离期望的基层外边界B1延伸。 在另一个示例中，水平突起向内延伸，例如，延伸到对象的中空部分中。

水平突起110未在对象102的原始模型103中出现。例如，水平突起110平 行于台板(未示出)延伸。在进一步的示例中，在打印期间，突起110直接位于 台板上。例如，突起111为触角形的。例如，仅基层111包括未在原始模型103 中出现的突起110，并且对象102的后续打印层112、113不包括这些添加的突起 110。

图6图示准备对象102以供打印的方法的示例流程图，其可应用于图5的示 例。该方法包括例如用处理器读取原始模型(框300M)，以及在对象的基层中添 加至少一个突起，该突起未在原始模型中出现，并且突起朝向水平方向，例如， 平行于打印系统台板(框310M)。例如，计算机可读介质存储引起处理器执行图 6的示例方法的指令。

图7图示具有示例台板207和对象202的打印机201的示意图。示例台板207 包括平面支撑表面219以及支撑表面219中的孔洞220阵列。例如，阵列包括多 行和多列的孔洞220，或其他孔洞图案。这些孔洞220可能相对较浅。例如，孔洞 220具有约200微米或更小、或者约300微米或更小、或者约600微米或者例如2 或5毫米或更小的深度。例如，孔洞220的直径约500微米或更小、或者约2毫 米或更小、或者约5毫米或更小。例如，孔洞尺寸可取决于打印机可打印的对象 的典型大小或最大大小。孔洞220可具有任何合适的形状，例如立方的、圆柱的 或凹的形状，例如，具有圆的或直的边沿。例如，孔洞220用来将要打印的对象 202的基层211固定到台板207。

在示出的示意图中，打印对象202由台板207支撑。对象202包括至少一个 基层211以及基层211上的至少一个后续层212。基层211包括至少一个第一打印 层以及未在原始模型中出现的突起210。至少一个后续层212不包括未在原始模型 中出现的这种突起。例如，突起210的尺寸和形状与孔洞220相反。例如，突起 210通过在孔洞220阵列上打印第一层而自动成形，使得打印的材料或载体介质自 动填充孔洞220，而无需具体的指令。在其他示例中，突起210是具体的打印机处 理器指令的结果。

图8图示用于支撑对象202的示例台板207，其对应于图7的台板207。台板 207可以是三维打印系统的集成的、固定的或可替换的部分。在示例中，台板207 用于支撑载体介质和/或对象202。示例的台板207包括平面支撑表面219。孔洞 220延伸通过支撑表面219。

图9图示打印的示例方法的流程图，例如，在上面参照图7和图8解释的特 征的帮助下打印。该方法包括：例如用处理器读取原始模型(框400M)，以及向 基层添加向下突出的至少一个突起(框410M)，例如，用来将基层211固定到台 板或对象下面的载体介质。例如，突起延伸到台板的孔洞中。计算机可读介质可 包括指令，这些指令被执行时，引起处理器实施此方法。

在另一个示例中，打印对象不直接由台板支撑，而是在载体介质中“漂浮”， 也就是说，载体介质的至少一层设置在台板和对象之间。在这种场景中，对象还 可包含未在原始模型中出现的突起，该突起向下朝向台板突出。例如，这些突起 突出到载体介质中。例如，这些突起可或不可接触台板，并且台板可或不可包括 孔洞阵列。

图10A图示中间打印对象302B的示例。中间对象302B由基层311构成，基 层311相应地仅由第一打印层构成。基层311包括未在对象302的原始模型中出 现的突起310，突起310朝上突出。例如，突起310用来将基层311固定到基层 311上打印的至少一个后续打印层312，结果可以是图10B中图示的对象302。在 图示的示例中，突起310是肋骨的形式。在另一个示例中，突起是凸的、管状的、 尖的、或适用于固定后续层的任何合适的形状。例如，突起310位于基层311可 能形变的没有突起311的区域中，例如，其中基层311覆盖相当少的表面区域。 在图10A图示的示例中，突起310出现在相当薄的桥部分335中，桥部分335跨 在基层311的较宽的侧面部分336之间。图10B图示已在基层311和突起310上 打印了至少一个后续层312之后的对应的对象302，其中，突起310被后续层312 覆盖，并且因此不可见。

图11图示准备对象以供打印的方法的示例流程图。例如，该方法包括向基层 添加未在原始模型中出现的突起，其中突起向上突出(框500M)，例如，远离台 板突出。例如，该方法进一步包括：打印具有突起的基层以及在基层和突起上打 印至少一个后续层(框510M)。计算机可读介质包括一组指令，在该组指令被执 行时，引起处理器向基层添加未在原始模型中出现的突起，使得突起向上突出。 例如，在该组指令被执行时，引起打印系统在向上的方向上打印至少一个突起， 以及在基层和至少一个突起上打印后续层，使得基层固定到后续层。

图12图示示例打印对象402的打印层411B、411D、412-415(左侧)和最终 对象402(右侧)的示意图。图12的左侧图示载体介质411A、411C、412A-415A 的对应的层内的六个固化层411B、411D、412-415。例如，通过化学结合、光聚 合或加热来固化层411B、411D、412-415。例如，两个第一打印层411B、411D(左 侧)形成基层411(右侧)。例如，两个第一打印层411B、411D以及最终基层411 分别包括未在对应的原始模型中出现的突起410B、410D、410。

例如，原始模型的部分的横截面由中断部分构成，诸如分开的腿或脚的部分 或最初突出的部分。例如，具有中断部分的此部分对应于将是打印对象402的基 础的部分。例如，可通过删除添加的突起410从图12的右侧得到原始模型。基层 411包括也在原始模型中出现的最初中断的层部分425，并且进一步包括连接到这 些中断的层部分425的添加的突起410。例如，突起410在水平方向延伸，例如， 平行于台板。例如，突起410连接基层411的达到厚度t1的最初的中断部分425， 而最初的中断部分425可跨越更大的高度。后续层412、413可包括不具有添加的 突起410的中断部分，如从图11中能够看到的。例如，后续层412、413、414、 415与原始模型的对应部分相同。在图示中，第一后续层和第二后续层412、413 由不具有添加的突起410的中断部分425构成，并且第三后续层和第四后续层414、 415由最初的非中断的层构成。

图13图示准备对象以供打印的方法的示例流程图。例如，该方法包括读取包 括中断部分的原始模型，中断部分例如分开的腿或脚或原始突起。例如，该方法 包括识别与具有最初的中断部分的基层对应的部分(框600M)，以及向对象的基 层添加未在原始模型中出现的突起，以连接基层的中断部分(框610M)。例如， 机器可读介质包括指令，在指令被执行时，引起处理器确定原始模型是否包括这 些中断的部分，并且如果这些中断部分被确定，则向对象的基层添加至少一个突 起，以连接基层的中断部分。

图14图示处理原始模型以供打印的方法的另一个示例的流程图。例如，该方 法包括：用处理器分析原始模型(框700M)。例如，处理器读取原始模型的与对 象的基层对应的部分的某些特性。例如，该方法进一步包括处理器确定要打印的 对象的基层的应力特性和/或尺寸特性(框710M)。例如，应力特性可以是例如通 过有限元分析等计算的，或者可例如从查找表(LUT)得到的。例如，处理器基于 原始模型的确定的应力特性和/或尺寸特性，确定至少一个修改的符合条件的类型、 大小、形状、位置和/或朝向(框720M)。例如，依据这些特性，确定似乎最适于 减少形变的修改的类型。例如，可从可包括与原始模型的所述确定的应力和/或尺 寸特性有关的所述尺寸、形状、位置和/或朝向的LUT中得到至少一个突起的合适 的尺寸、形状、位置和/或朝向。在另一个示例中，可实施有限元分析以确定添加 的突起10的合适的尺寸、外形、位置和/或朝向。例如，计算机可读介质包括指令， 在指令被执行时，引起处理器确定至少要打印的对象的基层的应力和/或尺寸特性， 以及基于这些应力和/或尺寸特性确定至少一个修改的类型、尺寸、形状、位置和/ 或朝向中的至少一个。

图15图示打印有形对象的方法的示例流程图。该方法包括：打印对象的具有 未在原始模型中出现的突起的基层(框800M)。例如，该方法进一步包括：在打 印对象的至少部分之后去除至少一个突起(框810M)。在一个示例中，在打印期 间去除突起。在一个示例中，打印之后去除突起。在一个示例中，由内部打印系 统子系统或人工去除突起。例如，去除涉及研磨、切割、撕扯，等等。

根据本公开的一个方面，提供一种计算机可读介质4、4A。计算机可读介质4、 4A存储一组计算机可读指令，在该组计算机可读指令执行时，引起处理器5、5A 读取要打印的三维对象2、2A、102、202、302、402的原始模型3，以及相对于 原始模型3修改对象2、2A、102、202、302、402的基层11、11A、111、211、 311、411。在一个示例中，修改10、10A是突起110、210、310、410或包括突起 110、210、310、410。根据本公开的另一个方面，提供一种准备三维对象以供打 印的方法。该方法包括：(i)读取原始模型3，以及(ii)相对于原始模型3修改对象2、 2A、102、202、302、402的基层11、11A、211、311、411。应理解，尽管在图1、 5、7、8、10A、10B和11中图示了物理对象2、102、202、302、402，但修改步 骤可以是虚拟的处理步骤，并且对应的修改10、10A可以是虚拟的，使得可由第 三方在另一个时间点打印包括修改10、110、210、310、410的物理对象2、102、 302、402。

根据本公开的又一个方面，提供一种减少三维对象中的形变的方法，其中， 通过向虚拟对象或打印对象2、2A、102、202、302、402的基层11、11A、211、 311、411添加突起10、10A、110、210、310、410来减少形变，其中(i)突起10、 10A、110、210、310、410未在原始模型3中出现，以及(ii)基层11、11A、211、 311、411和突起10、10A、110、210、310、410具有约500微米或更小、或者1 毫米或更小的厚度t。根据本公开的另一个方面，提供一种三维打印系统201，包 括用于支撑对象202以供打印的台板207，，台板207包括支撑表面219以及支撑 表面219中的孔洞220阵列，以允许要打印的对象202的第一层中的应力传播到 孔洞220中形成的突起210。