用于創(chuàng)建所補(bǔ)償數(shù)字表示供加成制造過程中使用的系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開的領(lǐng)域一般涉及加成制造(additive manufacturing)系統(tǒng)，以及更具體來說涉及用于創(chuàng)建所補(bǔ)償數(shù)字表示供加成制造過程中使用的系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]加成制造系統(tǒng)和過程用來從數(shù)字模型來制作精確三維組件。這類組件使用加成過程來制作，其中連續(xù)材料層固化成一個在另一個之上。至少一些已知加成制造系統(tǒng)使用激光器(或者類似能源)以及一系列透鏡和反射鏡以在由數(shù)字模型所提供的圖案中的粉末材料之上定向激光器。激光器通過燒結(jié)或熔融粉末材料來固化粉末材料。
[0003]但是，隨著組件在加成制造過程期間和之后冷卻，組件的層因組件內(nèi)的熱和機(jī)械應(yīng)力和張力的釋放而相對于其完工位置移動。因此，建成的組件具有失真，其使組件在沒有進(jìn)一步處理的情況下不可用來提供幾何精確度的可接受等級。
[0004]至少一些已知的加成制造過程嘗試通過將數(shù)字模型偏移固定量來補(bǔ)償用來制作組件的數(shù)字模型。但是，從這類所補(bǔ)償數(shù)字模型所制作的組件的準(zhǔn)確度低于預(yù)期，部分因?yàn)檫@些所補(bǔ)償數(shù)字模型沒有考慮組件的相鄰層之間的局部變化。
[0005]相應(yīng)地，存在對于提供更準(zhǔn)確的補(bǔ)償數(shù)字模型供加成制造過程中使用的系統(tǒng)和方法的需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]在一個方面，提供一種用于制作組件的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括加成制造裝置以及耦合到加成制造裝置的計算裝置。加成制造裝置配置成通過基于第二組件的標(biāo)稱數(shù)字表示依次形成多個重疊層，來制作第一組件。標(biāo)稱數(shù)字表示包括多個標(biāo)稱數(shù)字二維截面，各對應(yīng)于第一組件的層。計算裝置包括存儲器裝置和處理器。存儲器裝置配置成存儲第二組件的標(biāo)稱數(shù)字表示。對于第一組件的第i層，處理器配置成:(a)生成與第i層關(guān)聯(lián)的累加補(bǔ)償變換；
(b)將與第i層關(guān)聯(lián)的累加補(bǔ)償變換應(yīng)用于與第i層對應(yīng)的標(biāo)稱數(shù)字二維截面，以創(chuàng)建與第i層對應(yīng)的中間數(shù)字二維截面；(c)確定第i層的局部補(bǔ)償變換；(d)將第i層的局部補(bǔ)償變換應(yīng)用于與第i層對應(yīng)的中間數(shù)字二維截面，以創(chuàng)建與第i層對應(yīng)的所補(bǔ)償數(shù)字二維截面；以及(e)對第一組件的至少一個其他層執(zhí)行(a)至(d)。
[0007]在另一個方面，提供一種使用加成制造過程來制作組件的方法。該方法包括通過基于第二組件的標(biāo)稱數(shù)字表示依次形成多個重疊層，來制作第一組件。標(biāo)稱數(shù)字表示包括多個標(biāo)稱數(shù)字二維截面，各對應(yīng)于第一組件的層。該方法還包括對于第一組件的第i層:(a)生成與第i層關(guān)聯(lián)的累加補(bǔ)償變換；(b)將與第i層關(guān)聯(lián)的累加補(bǔ)償變換應(yīng)用于與第i層對應(yīng)的標(biāo)稱數(shù)字二維截面，以創(chuàng)建與第i層對應(yīng)的中間數(shù)字二維截面；(c)確定第i層的局部補(bǔ)償變換；(d)將第i層的局部補(bǔ)償變換應(yīng)用于與第i層對應(yīng)的中間數(shù)字二維截面，以創(chuàng)建與第i層對應(yīng)的所補(bǔ)償數(shù)字二維截面；以及(e)對第一組件的至少一個其他層執(zhí)行(a)至(d) ο
[0008]在另一個方面，提供一種用于生成三維對象的所補(bǔ)償數(shù)字表示的系統(tǒng)。生成所補(bǔ)償數(shù)字表示基于通過依次形成多個重疊層所制作的第一三維對象的制作。依次形成多個重疊層基于三維對象的標(biāo)稱數(shù)字表示。三維對象的標(biāo)稱數(shù)字表示包括多個標(biāo)稱數(shù)字二維截面，各對應(yīng)于第一三維對象的層。該系統(tǒng)包括存儲器裝置和處理器。存儲器裝置配置成存儲三維對象的標(biāo)稱數(shù)字表示。對于第一三維對象的第i層，處理器配置成:(a)生成與第i層關(guān)聯(lián)的累加補(bǔ)償變換；(b)將與第i層關(guān)聯(lián)的累加補(bǔ)償變換應(yīng)用于與第i層對應(yīng)的標(biāo)稱數(shù)字二維截面，以創(chuàng)建與第i層對應(yīng)的中間數(shù)字二維截面；(c)確定第i層的局部補(bǔ)償變換；
(d)將第i層的局部補(bǔ)償變換應(yīng)用于與第i層對應(yīng)的中間數(shù)字二維截面，以創(chuàng)建與第i層對應(yīng)的所補(bǔ)償數(shù)字二維截面；以及(e)對第一三維對象的至少一個其他層執(zhí)行(a)至(d)。
【附圖說明】
[0009]在參照附圖閱讀以下詳細(xì)描述，將會更好地理解本公開的這些及其他特征、方面和優(yōu)點(diǎn)，附圖中，相似標(biāo)號附圖通篇表示相似部件，附圖包括:
圖1是包括計算裝置的示例加成制造系統(tǒng)的示意圖；
圖2是圖1所示計算裝置的框圖；
圖3是用來制作組件的未補(bǔ)償數(shù)字表示的圖形表示；
圖4是限定圖3所示數(shù)字表示的數(shù)據(jù)對象的代表圖示；
圖5是按照圖3所示的未補(bǔ)償數(shù)字表示所制作的組件的透視圖；
圖6是圖3所示的未補(bǔ)償數(shù)字表示的頂視圖；
圖7-10是在制作組件的過程期間的不同時間的圖5所示組件的頂視圖；
圖11是圖10的放大視圖；
圖12是使用加成制造過程來制作組件的示例方法的流程圖；
圖13是在圖12所示的方法期間由計算裝置所接收的測量數(shù)據(jù)的代表圖示；
圖14是與圖5所示組件對應(yīng)的測量數(shù)據(jù)集的代表圖示；
圖15是按照備選格式的圖14所示數(shù)據(jù)對象和圖14所示測量數(shù)據(jù)集的代表圖示；
圖16是與圖3所示組件的第一層關(guān)聯(lián)的累加補(bǔ)償變換的代表圖示；
圖17是與圖3所示組件的第一層關(guān)聯(lián)的局部補(bǔ)償變換的代表圖示；
圖18是表示與圖3所示組件的第一層關(guān)聯(lián)的所補(bǔ)償數(shù)字二維截面的張量矩陣的代表圖示；
圖19A是用于生成與圖3所示組件的第二層關(guān)聯(lián)的所補(bǔ)償數(shù)字二維截面的方法的代表圖示；
圖19B是圖19A的延續(xù)；
圖19C是圖19B的延續(xù)；
圖20A是用于生成與圖3所示組件的第三層關(guān)聯(lián)的所補(bǔ)償數(shù)字二維截面的方法的代表圖示；
圖20B是圖20A的延續(xù)；
圖20C是圖20B的延續(xù)；
圖21是與圖3所示組件的第一層關(guān)聯(lián)的數(shù)字二維截面以及對應(yīng)中間數(shù)字二維截面的圖形表示；
圖22是與圖3所示組件的第二層關(guān)聯(lián)的數(shù)字二維截面以及對應(yīng)中間數(shù)字二維截面的圖形表示；
圖23是與圖3所示組件的第三層關(guān)聯(lián)的數(shù)字二維截面以及對應(yīng)中間數(shù)字二維截面的圖形表示；
圖24是與圖3所示組件的第一、第二和第三層關(guān)聯(lián)的所補(bǔ)償數(shù)字二維截面的圖形表示;
圖25是用來制作預(yù)期組件的所補(bǔ)償數(shù)字表示的圖形表示；以及圖26是按照圖25所示的所補(bǔ)償數(shù)字表示所制作的預(yù)期組件的透視圖。
[0010]除非另有指示，否則本文所提供的附圖意在圖示本公開的實(shí)施例的特征。這些特征被認(rèn)為可應(yīng)用于包括本公開的一個或多個實(shí)施例的大量系統(tǒng)中。同樣地，附圖不是意在包括本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員已知的、實(shí)施本文所公開實(shí)施例所需的所有常規(guī)特征。
【具體實(shí)施方式】
[0011]在以下說明書和權(quán)利要求書中，將參照限定成具有下列含意的多個術(shù)語。
[0012]單數(shù)形式“一”、“一個”、“該”包括復(fù)數(shù)引用，除非上下文另有明確指示。
[0013]“可選的”或“可選地”意在隨后描述的事件或情況可發(fā)生或者可以不發(fā)生，以及本描述包括其中發(fā)生事件的實(shí)例以及其中沒有發(fā)生事件的實(shí)例。
[0014]本文所使用的近似語言在整個說明書和權(quán)利要求書中可應(yīng)用于修飾能準(zhǔn)許改變的任何定量表示，而沒有導(dǎo)致與其相關(guān)的基本函數(shù)的變化。相應(yīng)地，通過諸如“大約”和“基本上”之類的一個術(shù)語或多個術(shù)語所修改的值不局限于所指定的精確值。在至少一些情況下，近似語言可對應(yīng)于用于測量該值的儀器的精確度。在這里并且在整個說明書和權(quán)利要求書中，范圍限制可經(jīng)過組合和/或互換，這類范圍被標(biāo)識，并且包括在其中包含的所有子范圍，除非上下文或語言另有指示。
[0015]本文所描述的系統(tǒng)和方法促進(jìn)使用加成制造系統(tǒng)來制作更精確組件。具體來說，本文所描述的系統(tǒng)和方法促進(jìn)生成更準(zhǔn)確的補(bǔ)償數(shù)字表示供加成制造過程中使用。本文所描述的系統(tǒng)和方法促進(jìn)確定組件內(nèi)的相鄰層之間的定域差(localized difference)，以及確定與定域差對應(yīng)的局部補(bǔ)償變換并且將其應(yīng)用于數(shù)字表示和/或數(shù)字表示的一段。因此，與已知加成制造系統(tǒng)和方法形成對比，本文所描述的系統(tǒng)和方法提供所補(bǔ)償數(shù)字表示，其考慮組件的相鄰層之間的定域差，并且提供更精確的制作組件。
[0016]圖1是示例加成制造系統(tǒng)100例如包括加成制造裝置102和計算裝置200的選擇性激光燒結(jié)系統(tǒng)的示意圖。雖然本文的實(shí)施例參照選擇性激光燒結(jié)系統(tǒng)來描述，但是本公開也可應(yīng)用于其他類型的加成制造系統(tǒng)，例如基于液體樹脂的加成制造系統(tǒng)(例如光固化立體造型(stereolithograpy)系統(tǒng))。
[0017]在示例實(shí)施例中，加成制造裝置102包括:構(gòu)建平臺104，用于在加成制造過程期間支承三維組件106 ;構(gòu)建材料110的儲液器108 ;以及能源112，其發(fā)射能量束114以用于燒結(jié)、硫化、硬化或者以其他方式固化構(gòu)建材料110，以形成組成組件106的多個重疊層116、118和120。儲液器108的前壁在圖1中為了說明而省略。類似地，構(gòu)建材料110的部分在圖1中為了說明而省略。在示例實(shí)施例中，三維組件106是飛行器組件，雖然加成制造系統(tǒng)100可用來制作任何三維組件。構(gòu)建平臺104耦合到垂直調(diào)整器122，使得構(gòu)建平臺可升高和/或降低，以調(diào)整其中將要固化構(gòu)建材料110的平面。
[0018]在示例實(shí)施例中，能源112是激光器。更具體來說，能源112是氣體激光器，例如0)2激光器。在備選實(shí)施例中，能源112可以是用于燒結(jié)、硫化、硬化或以其他方式固化構(gòu)建材料110的任何適當(dāng)能源，比如例如紫外線激光器或光源。
[0019]此外，在示例實(shí)施例中，構(gòu)建材料110是金屬粉末。更具體來說，構(gòu)建材料110是具有在大約10與100微米之間的范圍內(nèi)的平均微粒尺寸的氣體霧化金屬粉末(例如鈷、鐵、鋁、鈦和/或鎳合金)。在備選實(shí)施例中，構(gòu)建材料110可以是熱固或熱塑樹脂或者一片可成形材料(例如金屬、紙張或合成織物)。
[0020]在示例實(shí)施例中，加成制造裝置102還包括構(gòu)建材料分配器124，用于在先前形成的層之上提供構(gòu)建材料110的薄層。在備選實(shí)施例，例如將液體樹脂用于構(gòu)建材料110的系統(tǒng)(例如光固化裝置)中，可省略構(gòu)建材料分配器124，以及可通過降低構(gòu)建平臺104并且允許液體構(gòu)建材料流動于先前形成的層之上來在先前形成的層之上提供未固化構(gòu)建材料層。