基于挤出的增材制造：方法和3D打印系统与流程

基于挤出的增材制造：方法和3d打印系统
技术领域
1.本发明涉及基于挤出的增材制造(am)三维(3d)打印系统的方法。本发明还涉及被配置为执行所述方法的打印系统。


背景技术：

2.在使用基于挤出的增材制造工艺的3d打印中，通过以受控方式层叠挤出的am原料材料来形成3d部件，使得可创建期望的3d部件。通常，使用包括打印头的3d打印系统，该打印头在3d空间中相对于构建表面可移动，同时将am原料材料分配在构建表面和由构建表面支撑的am原料材料的先前沉积轨道中的至少一者上。然而，各种选项可用于使打印头和在其上打印3d部件的构建表面相对于彼此移动。
3.3d打印系统包括控制系统，该控制系统被配置为控制可控定位系统，打印头附接到该可控定位系统以控制打印头的移动。通过软件可生成工具路径的图案，该图案用于移动打印头以及沉积挤出的am原料材料的轨道。
4.在构建表面上相对于可移动打印头的参考位置中创建3d部件。am原料材料可与先前沉积轨道熔合。am原料材料可以以例如长丝、颗粒、棒、液体、树脂或悬浮液的形式馈送到打印头中。
5.在am原料材料以固体形式馈送到打印头中的情况下，使用液化单元来熔化am原料材料并且允许经由喷嘴以形成轨道层的轨道的形式沉积在构建表面上，或者当已经沉积了待创建的3d部件的先前层时沉积在先前沉积轨道上，此处允许其在沉积之后固化。am原料材料可与先前沉积轨道热熔合或化学熔合或以其他方式熔合。
6.构建表面和由其支撑的3d部件沿轨道相对于打印头的相对运动以及来自打印头的am原料材料的同时沉积允许3d部件被构建并且利用am原料材料的每个连续沉积轨道逐渐获得其期望的形状。
7.基于挤出的增材制造的优点在于，可以在同一打印作业中打印具有相同或不同设计的多个部件。以这种方式，可以最佳地利用可用生产能力。然而，这种方法的缺点在于，当特定3d部件的打印失败时，可能不得不中断作为整体的打印作业。这甚至可能恰好在打印作业即将完成之前发生。显然，这可能导致产量的显著降低并且因此导致生产能力的显著降低。因此，这可能对打印的3d部件的成本具有负面影响，并且可能引起显著的相关经济损失。
8.us2020/0035015公开了一种用于生成增材制造的切片数据的系统，该系统包括图形处理单元(gpu)，该gpu接收在多个切片上定义的三维构建空间中的对象的数字模型，计算在构建空间中的体素上的三维带符号距离场，基于相应的距离场值将建筑材料分配给每个体素，并且生成有关每个切片的建筑材料分配的切片数据输出。切片数据输出可用于在对应于切片的层中打印对象。
9.在基于位图的系统(多射流、多射流熔合和dlp)中，诸如us2020/0035015a1的系统，对象数据被呈现为“体素”。体素是3d像素。因此，gpu(图形处理单元)的使用通常仅用于
这些系统中，因为已经发现gpu在处理大的体素阵列时非常快。在基于挤出的打印机中，从未使用体素。打印轨道通常被存储为基于矢量的多段线，并且部署cpu(中央处理单元，即微处理器)而不是gpu。us2020/0035015的系统需要决定在对图像数据进行切片时每个体素需要哪种材料、纹理或颜色。wo2008/107866a1公开了一种通过顺序地将构造材料的层一层叠一层地打印来产生对象的方法，该方法包括：在第一较低温度下提供构造材料；使构造材料流过流动结构中的加热流动路径以加热构造材料并将加热构造材料递送到打印头中的加热贮存器；以及从贮存器分配加热构造材料以逐层地构建对象。
10.基于上述内容，需要提供一种方法，该方法允许改进基于挤出的增材制造的可靠性并且由此改进执行该方法的3d打印系统的产量和生产效率。此外，该方法应当能够使所获得的3d部件的成本降低，从而使经济收益提高。


技术实现要素：

11.本发明的一个目的是提供一种方法，该方法用于改进基于挤出的增材制造的可靠性，所述方法免于或至少减少与本领域已知的、用于在同一打印作业中打印具有相同或不同设计的多个3d部件的基于挤出的增材制造方法相关联的上述和/或其他缺点中的至少一个缺点。
12.本发明的另一个目的是提供一种基于挤出的增材制造3d打印系统，该基于挤出的增材制造3d打印系统被配置为执行根据本发明的方法。
13.在所附的独立和从属权利要求中阐述了本发明的各方面。从属权利要求的特征可以与独立权利要求的特征适当地组合，而不仅仅如权利要求中明确阐述的那样。此外，所有特征可以用其他技术上等同的特征来替代。
14.上述目的中的至少一个目的通过提供一种方法来实现，该方法用于使得基于挤出的增材制造(am)三维(3d)打印系统能够处理包括至少两个3d部件的打印作业的单独3d部件，该方法包括：
[0015]-提供打印作业，该打印作业提供该至少两个3d部件的数字3d表示；
[0016]-对打印作业进行切片以生成用于该至少两个3d部件的数字3d表示的切片集，该切片集中的每个切片包括限定am原料材料的相应层的相应边界的几何数据，以考虑所述相应边界来打印每个3d部件，相应层将从打印头的喷嘴沉积在构建表面和am原料材料的先前沉积层中的一者上；
[0017]-针对每个3d部件，考虑由切片集中的每个切片提供的所述几何数据来生成相应单独几何数据集，其中每个单独几何数据集包括限定am原料材料的相应层的相应边界的几何数据，相应边界将被考虑以用于打印相应3d部件。
[0018]
在一个实施方案中，该方法包括以下步骤：
[0019]-将切片打印作业发送到am 3d打印系统；
[0020]-通过以下来优化用于相应am 3d打印系统的打印过程：针对每个3d部件，考虑由切片集中的每个切片提供的所述几何数据并且考虑相应am 3d打印系统的参数来生成相应单独几何数据集；以及
[0021]-基于单独几何数据集来生成针对每个3d部件的单独控制指令集。
[0022]
以这种方式，根据本发明的方法使得am 3d打印系统能够单独地处理包括至少两
个3d部件的打印作业的每个3d部件并且单独地优化针对每个部件的打印过程。与将打印作业作为整体来处理的方法相比，这提高了灵活性和准确性。打印方法将打印作业作为整体来处理，例如，当对打印作业进行切片和优化并且随后将其发送到打印机或打印系统时。本公开的方法允许在切片集中的单独切片的水平上并且对切片集中的相应切片中定义的3d部件的所有相应部分进行控制。根据本发明的方法单独地提供对该切片集中的相应切片内的每个3d部件的相应部分的控制。作为这种提高的控制水平的结果，根据本发明的方法允许改进基于挤出的增材制造的可靠性。在出现关于特定切片内的特定3d部件的一部分的错误时，根据本发明的方法允许忽略连续切片内的特定3d部件的一部分。因此，如果下一个切片不是最后一个切片，则可针对下一个切片和其后的所有切片防止对已经出现了关于先前切片中的3d部件的一部分的错误的3d部件的处理，同时继续由下一个切片定义的剩余3d部件的其他部分的处理。因此，可改进执行根据本发明的方法的am 3d打印系统的产量和生产效率。最终，可降低使用根据本发明的方法获得的3d部件的成本。
[0023]
本领域技术人员将会知道，构建表面可以是构建板的表面和中间结构的表面中的一者，该中间结构被布置在构建板上并且被配置为增强am原料材料与构建表面之间的粘附性。
[0024]
在根据本发明的方法的一个实施方案中，针对每个3d部件，考虑由切片集中的每个切片提供的所述几何数据来生成相应单独几何数据集包括：
[0025]-提供由切片集中的每个切片提供的几何数据以及定制命令，这些定制命令用于针对每个3d部件对限定待沉积的am原料材料的相应层的相应边界的相应几何数据进行分组，从而针对每个3d部件生成相应单独几何数据集。
[0026]
定制命令可以是包括部件id的开始标签和结束标签。开始标签和结束标签的相应集合界定针对相应3d部件的单独几何数据集。
[0027]
另选地，定制命令可以是被提供给每个几何数据元素以便指示相应几何数据元素属于哪个3d部件的标签。以这种方式，可以在不使用开始标签和结束标签的情况下生成单独几何数据集。
[0028]
本领域技术人员将会知道，可以以许多合适的方式提供定制命令。定制命令可以被例如切片单元或被am 3d打印系统的另一计算单元添加在切片集中的每个切片的代码内。定制命令还可以被提供为当处理由切片集中的每个切片提供的几何数据时需要由am 3d打印系统考虑的附加文件。
[0029]
提供定制命令的优点在于，可以容易地改变处理3d部件的次序。
[0030]
在根据本发明的方法的一个实施方案中，针对每个3d部件，考虑由切片集中的每个切片提供的所述几何数据来生成相应单独几何数据集包括：
[0031]-通过以下来重建待打印的每个体积：考虑由切片集中的每个切片提供的几何数据和预定义标准层厚度，am原料材料的相应层将以预定义标准层厚度沉积；
[0032]-通过以下来识别3d部件：将每个重建体积与如由相应3d部件的相应数字3d表示所定义的每个3d部件的每个体积进行比较；以及
[0033]-针对切片集中的每个切片，对每个所识别的3d部件的相应几何数据进行分组，从而针对每个3d部件生成相应单独几何数据集。
[0034]
以这种方式，如果定制命令尚未被例如3d打印系统的切片单元添加到由切片集中
的每个切片提供的几何数据，则可生成针对每个3d部件的单独几何数据集。
[0035]
在根据本发明的方法的一个实施方案中，该方法包括：
[0036]-针对每个3d部件，基于am原料材料的相应第一层的相应几何数据来确定相应单独占有面积，相应第一层将沉积为与由针对相应3d部件的相应单独几何数据集提供的构建表面直接接触，每个相应单独占有面积是由am原料材料的相应第一层的相应边界包围的区域；
[0037]-通过以下来生成针对每个3d部件的单独控制指令集：考虑针对相应3d部件的相应单独几何数据集，其中每个单独控制指令集使得am 3d系统能够单独地控制每个3d部件的制造；以及
[0038]-考虑针对相应3d部件的相应单独控制指令集在构建表面的相应单独打印区域上打印每个3d部件，其中相应单独打印区域等于相应3d部件的相应单独占有面积。
[0039]
需注意，在本发明的上下文中，基于am原料材料的第一层的几何数据来确定3d部件的单独占有面积，该am原料材料的第一层必须被打印用于相关3d部件与构建表面直接接触。本领域技术人员将会知道，如果3d部件例如具有马蹄铁状形状，其中马蹄铁状形状的自由端部件指向背离构建表面的方向，则为了优化打印过程的产量的目的，对3d部件在构建表面上的定位的有效规划所需要考虑的3d部件的占有面积可不同。
[0040]
此外，需注意，每个单独控制指令集可包括电子工具路径。每个单独控制指令集还可以包括关于后处理的设置，诸如例如所沉积的am原料材料的退火。
[0041]
本领域技术人员将会知道，按照根据本发明的方法，am 3d打印系统沉积用于打印作业的3d部件中的每个3d部件的am原料材料的第一层，随后沉积用于打印作业的3d部件中的每个3d部件的am原料材料的第二层，直到用于打印作业中的3d部件中的每个3d部件的am原料材料的最后一层。在打印作业中的所有3d部件相同的情况下，所有3d部件具有相同的am原料材料的总层数。然而，如果打印作业包括具有不同高度的3d部件，则am原料材料的总层数是不同的。本领域技术人员将会知道，在后一种情况下，具有最高的am原料材料的总层数的3d部件或多个3d部件是最后完成的部件。
[0042]
按照本发明的方法的上述实施方案，显然，当基于针对相应3d部件的相应单独几何数据集来生成单独控制指令集时，可单独地控制将每个3d部件打印在其自己的单独局部打印区域上。因此，如果例如出现关于特定3d部件的am原料材料的层的打印的错误，则可防止am原料材料的下一层以及其后所有层(如果下一层不是最后一层)的打印，同时继续用于剩余3d部件的am原料材料的下一层的打印。作为由根据本发明的方法提供的单独控制的结果，可改进执行根据本发明的方法的am 3d打印系统的产量和生产效率，因为关于3d部件中的一个部件的打印相关的故障不一定结束同一打印作业中的所有3d部件的打印过程。
[0043]
在根据本发明的方法的一个实施方案中，生成针对每个3d部件的单独控制指令集还包括：
[0044]-变换相应3d部件的坐标系以将相应3d部件的底表面与3d打印系统的构建表面对准；
[0045]-确定在跨相应3d部件待打印到其上的相应单独打印区域的预定义位置处相应3d部件的底表面与构建表面之间的距离，以确定整个相应单独打印区域上的距离分布；
[0046]-确定所确定的距离分布的最小距离d
min
和最大距离d
max
；
[0047]-如果d
min
和d
max
满足条件t
min
≤d
min
《d
max
≤t
max
，其中t
min
是am原料材料的相应第一层的预定义最小厚度并且t
max
是预定义最大厚度，则使用所确定的距离分布来生成针对相应3d部件的相应单独控制指令集，其中在已经沉积之后，am原料材料的相应第一层提供am原料材料的下一层能够打印在其上的基本上平面的顶表面。
[0048]
以这种方式，可以确定对应3d部件可利用在整个单独打印区域上连续的am原料材料的第一层打印在构建表面上的哪些单独打印区域上。考虑距离分布来确定的am原料材料的第一层的厚度范围在预定义最小厚度t
min
与预定义最大厚度t
max
之间。am原料材料的第一层提供基本上平面的顶表面，am原料材料的下一层可沉积在该顶表面上以打印相应3d部件。
[0049]
对于所确定的距离分布的最小距离d
min
和最大距离d
max
不满足上述条件t
min
≤d
min
《d
max
≤t
max
的单独打印区域，am原料材料的第一层不能沉积为提供基本上平面或平坦的顶表面的连续层。在这种情况下，取消生成针对相应3d部件的相应单独控制指令集或者取消针对相应3d部件的单独控制指令集的执行。在这两种情况下，因为单独打印区域没有处于允许可靠地打印am原料材料的至少第一层的合适条件下，所以防止相应3d部件的打印。
[0050]
本领域技术人员将会知道，根据因为在其相应单独打印区域上的d
min
和d
max
不满足条件t
min
≤d
min
《d
max
≤t
max
而被防止打印的3d部件的数量的预定义阈值，3d打印系统可被配置为生成指示构建表面需要重新对准或需要更换的保养警示。3d打印系统可被配置为发送不久将达到上述预定义阈值的警告警示。以这种方式，操作员已经可以预期保养警示并且采取适当的措施，诸如例如订购新的构建表面。
[0051]
用于确定相应3d部件的底表面与构建表面之间的距离的跨相应单独打印区域的预定义位置可使用算法或通过附加的定制命令来获得。
[0052]
本领域技术人员将会知道，可以以多种方式确定距离，诸如经由测量和/或计算。也可以以多种方式确定距离分布。距离分布可以包含在预定义位置处确定的距离。另选地，距离分布包括在预定义位置处确定的距离以及在预定义位置之外的位置处相应3d部件的底表面与构建表面之间的距离的值，这些值经由例如基于在预定义位置处的距离的估计或插值来获得。
[0053]
本领域技术人员将会知道，在本发明的上下文中，还可以使用多于一层的原料材料来拉平构建表面的任何非平坦度，以最终获得基本上平面或平坦的顶表面。在这种情况下，如果例如使用n层，则要满足的条件变为n
·
t
min
≤n
·dmin
《n
·dmax
≤n
·
t
max
。
[0054]
在根据本发明的方法的一个实施方案中，在执行相应3d部件的单独坐标变换以便允许d
min
和d
max
满足条件t
min
≤d
min
《d
max
≤t
max
之后，生成针对相应3d部件的相应单独控制指令集。以这种方式，由于单独坐标转换，相应3d部件的打印仍然可以完成，如果没有该单独坐标转换，将不可能在单独打印区域上可靠地打印am原料材料的第一层。因此，单独坐标变换可延迟上述警告警示、保养警示和构建表面的重新对准或交换中的至少一者。
[0055]
在根据本发明的方法的一个实施方案中，相应3d部件的单独坐标变换涉及以下中的至少一者：
[0056]-沿相应3d部件的坐标系的z轴的平移；
[0057]-围绕相应3d部件的坐标系的x轴的旋转rx；和
[0058]-围绕相应3d部件的坐标系的y轴的旋转ry。
[0059]
本领域技术人员将会知道，在没有相应3d部件的坐标变换的情况下，根据构建表面的倾斜度和平坦度或形貌，am原料材料的第一层可以被打印或不被打印，如上文所解释的。所谓的解空间是0维的或单个布尔值。
[0060]
此外，如果坐标变换仅涉及沿相应3d部件的坐标系的z轴的平移，即所谓的z偏移，则显然，根据相应3d部件的占有面积的形状以及构建表面的平坦度和倾斜度，将可能存在或可能不存在使得am原料材料的第一层在能够打印的层厚度范围内的z偏移范围，即t
min
和t
max
。在这种情况下，解空间是1维空间，其可能包含或可能不包含使得am原料材料的第一层的层厚度在有效范围内，即在t
min
与t
max
之间的z偏移。
[0061]
在相应3d部件的坐标变换涉及上述选项中的两个选项(例如，z偏移和旋转rx、z偏移和旋转ry、或旋转rx和旋转ry)的情况下，出现2维解空间。在这种情况下，在解空间中还可能存在或可能不存在相应3d部件的坐标变换，其允许am原料材料的第一层被打印在相应单独打印区域上。
[0062]
相似地，如果相应3d部件的坐标变换涉及z偏移、旋转rx和旋转ry，则可构造3维解空间。同样，也是在这种情况下，在解空间中还可能存在或可能不存在相应3d部件的坐标变换，其允许am原料材料的第一层被打印在相应单独打印区域上。
[0063]
本领域技术人员将会知道，如果在上述0、1、2或3维解空间中没有一者可以确定相应3d部件的合适坐标变换，则am原料材料的第一层不能被打印在3d部件的相应单独打印区域上。因此，取消生成针对相应3d部件的相应单独控制指令集或者取消针对相应3d部件的单独控制指令集的执行。在这两种情况下，因为单独打印区域没有处于允许可靠地打印am原料材料的至少第一层的合适条件下，所以防止相应3d部件的打印。
[0064]
此外，本领域技术人员将会知道，如果可以选择上述0、1、2或3维解空间中的任一者中的坐标变换，则在将坐标变换应用于相应3d部件时，使用所确定的距离分布来生成针对相应3d部件的相应单独控制指令集。因此，am原料材料的第一层可以被打印在相应3d部件的单独打印区域上。本领域技术人员将会知道，am原料材料的第一层的基本上平面或平坦的顶表面不一定平行于构建表面布置。根据所选择的坐标变换，am原料材料的第一层的平面或平坦的顶表面可相对于构建表面的坐标系偏斜。
[0065]
需注意，确定在上述解空间的任一者中是否存在解可以使用例如迭代过程或以分析方式来完成。此外，在上述解空间的任一者中可以存在这样的解，对于该解，所打印的3d部件的底表面的形状比对于其他解更接近于预期形状。该标准可以用于在上述解空间的任一者中选择特定坐标变换，从而获得相应3d部件的最佳坐标变换。
[0066]
本领域技术人员将会知道，根据本发明的方法对构建表面形貌更宽容，因为对构建表面平坦度的要求可能不太严格。此外，如果构建表面在一定数量的热循环之后变得弯曲，则根据本发明的方法允许延迟构建表面的替换。结果，可降低操作和保养成本。
[0067]
在根据本发明的方法的示例性实施方案中，可使用相应3d部件的底表面与构建表面之间的距离来计算数学平面，该距离已经在跨相应3d部件待打印到其上的相应单独打印区域的预定义位置处被确定。例如可通过对所确定的距离值进行最小二乘拟合来获得的数学平面可用于确定3d部件的合适坐标变换，该坐标变换允许将am原料材料的第一层打印为提供如上文所解释的基本上平面或平坦的顶表面的连续层。
[0068]
在根据本发明的方法的一个实施方案中，确定相应3d部件的单独坐标变换还包括
考虑am 3d打印系统的x轴布置、y轴布置和z轴布置中的至少一者的确定的非直线度。以这种方式，可以补偿例如am 3d打印系统的至少两个轴布置相对于彼此的任何非正交性，即am 3d打印系统的x轴布置、y轴布置和z轴布置中的至少两者相对于彼此的非正交性。
[0069]
在根据本发明的方法的一个实施方案中，使用通过非接触测量技术和涉及构建表面与以下中的至少一者之间的物理接触的测量技术中的至少一者获得的结果来确定在跨相应单独打印区域的预定义位置处相应3d部件的底表面与构建表面之间的距离：与打印头相关联的探测布置，以及打印头的喷嘴。通过测量技术中的任一种获得的结果使得能够确定在跨3d部件的单独打印区域的预定义位置处构建表面的形貌信息。该形貌信息可用于确定在这些预定义位置处3d部件的底表面与构建表面之间的距离。
[0070]
本领域技术人员将会知道，合适的非接触测量技术包括例如：电容测量技术，其中探测布置包括电容接近传感器；电感测量技术，其中探测布置包括电感接近传感器；磁感应测量技术，其中探测布置包括磁感应距离传感器；光电测量技术，其中探测布置包括光电接近传感器；光学测量技术，例如激光雷达，其中探测布置包括光学接近传感器；声学测量技术，例如声纳，其中探测布置包括声学接近传感器；以及电磁测量技术，其中探测布置包括适于发射和接收电磁辐射的天线。
[0071]
本领域技术人员将会知道，涉及构建表面与以下中的至少一者——与打印头相关联的探测装置以及打印头的喷嘴——之间的物理接触的合适的测量技术包括例如：压力控制测量技术，其中确定施加在喷嘴上的反作用力以及喷嘴的位移中的至少一者，作为喷嘴和构建表面之间的物理接触的结果；电测量技术，例如马达电流或用于提供构建表面的z偏移的z台上的滞后误差增加的测量或者电流的测量，作为在物理接触之前处于不同电位的喷嘴与构建表面之间的物理接触的结果；热测量技术，其中测量热流，作为喷嘴与构建表面之间的物理接触的结果；以及机械测量技术，其中探测布置包括机械探测传感器和微型开关中的至少一者。
[0072]
在根据本发明的方法的一个实施方案中，am原料材料的相应第一层的预定义最小厚度t
min
等于预定义标准层厚度的50％，除了am原料材料的相应第一层之外的am原料材料的相应其他层将以该预定义标准层厚度沉积，并且am原料材料的相应第一层的预定义最大厚度t
max
等于所述预定义标准层厚度的150％。如果例如选择0.2mm的预定义标准层厚度，则am原料材料的第一层的预定义最大厚度等于0.3mm，并且am原料材料的第一层的预定义最小厚度等于0.1mm。
[0073]
本领域技术人员将会知道，按照根据本发明的方法的上述实施方案，如果单独打印区域内的构建表面的形貌可适应在am原料材料的第一层内，则相应3d部件仅被打印在单独打印区域上。由于am原料材料的第一层具有标准层厚度的至多150％的厚度，因此显然，与本领域已知的方法相比，将可以避免打印不必要厚的第一层以便适应构建表面的形貌。
[0074]
在根据本发明的方法的一个实施方案中，在将每个3d部件打印在构建表面的相应单独打印区域上之前，在确定尚未针对相应3d部件生成相应单独控制指令集时，单独地拒绝该至少两个3d部件中的相应3d部件，从而避免开始相应3d部件在相应单独打印区域上的打印。以这种方式，由于不存在针对3d部件的单独控制指令集，因此可以单独地防止3d部件的打印，因为单独局部打印区域的构建表面不在规范内，即，所确定的距离分布的最小距离d
min
和最大距离d
max
不满足上述条件t
min
≤d
min
《d
max
≤t
max
。以这种方式，所涉及的3d部件从一
开始就不参与打印过程。
[0075]
在根据本发明的方法的一个实施方案中，考虑针对相应3d部件的相应单独控制指令集将每个3d部件打印在构建表面的相应单独打印区域上还包括：
[0076]-在检测到与相应3d部件的am原料材料的至少一个沉积层相关联的错误时，单独地终止打印该至少两个3d部件中的相应3d部件，同时继续打印该至少两个3d部件中的相应未被拒绝的3d部件，直到针对相应未被拒绝的3d部件，am原料材料的所有层已经被沉积，或者所有3d部件已经被拒绝。
[0077]
本领域技术人员将会知道，打印错误可以在打印过程期间任何时间出现，并且与am原料材料的沉积层中的任一层有关。如果例如出现关于特定3d部件的am原料材料的层的打印的错误，则可防止am原料材料的下一层以及其后所有层(如果下一层不是最后一层)的打印，同时继续用于剩余3d部件的am原料材料的下一层的打印。作为由根据本发明的方法提供的单独控制的结果，可改进执行根据本发明的方法的am 3d打印系统的产量和生产效率，因为关于3d部件中的一个部件的打印相关的故障不一定结束同一打印作业中的所有3d部件的打印过程。打印相关的错误的示例是形成所谓的意大利面条。另一个示例是沉积层的整个堆叠由于粘附性问题而变得与构建表面脱离。粘附性问题可能由am原料材料的沉积层中的应力引起。也可能由于打印头的喷嘴堵塞或因为am原料材料已经用完而导致没有原料材料被打印。另一个打印相关的错误是所打印的3d部件的形状与根据3d部件的数字3d表示所期望的形状偏离太多。
[0078]
本领域技术人员将会知道，存在许多方式来检测打印相关的错误。其中之一是使用相机和计算机视觉硬件和软件。还可以测量3d部件与打印头之间的力或测量打印头的喷嘴内部的压力以确定原料材料是否被打印。还可以分析打印指令以重建期望信号或视觉表示，从而识别3d打印机是否未能打印3d部件。
[0079]
在根据本发明的方法的一个实施方案中，针对每个单独被拒绝的3d部件，生成相应等待时间，该等待时间具有等于沉积用于相应单独被拒绝的3d部件的am原料材料的相应下一层本来所要求的相应沉积时间的持续时间，其中当沉积用于该至少两个3d部件中的每个相应未被拒绝的3d部件的am原料材料的相应下一层时，考虑针对每个单独被拒绝的3d部件的相应等待时间，以保存热模拟结果的有效性，该热模拟结果是在开始将每个3d部件打印在构建表面的相应单独打印区域上之前已经通过考虑针对每个3d部件的相应单独控制指令集来执行热模拟而获得的。
[0080]
由于等待时间，可保持在打印该至少两个3d部件之前获得的热模拟结果的有效性。如果不针对相应单独被拒绝的3d部件生成等待时间，则由于取消用于相应被拒绝的3d部件的am原料材料的相应下一层的沉积，用于相应未被拒绝的3d部件的下一层的沉积将比基于热模拟所期望的更早地发生。因此，所获得的模拟结果将不再有效。通过生成用于每个相应单独被拒绝的3d部件的相应等待时间，该等待时间等于沉积用于相应单独被拒绝的3d部件的am原料材料的下一层本来所花费的时间，相应未被拒绝的3d部件的下一层可以在按照热模拟所期望的相同时间被沉积。这允许保存热模拟结果的有效性，无论是否单独拒绝在实际打印过程期间出现错误的3d部件。
[0081]
在根据本发明的方法的示例性实施方案中，在生成针对每个3d部件的相应单独控制指令集之前，至少构建表面和3d打印系统的打印头的喷嘴可以被加热到预定义工作温
度，am原料材料的相应层将在该预定义工作温度下被打印。本领域技术人员将会知道，每种am原料材料诸如peek或适于am 3d打印的任何其他基于聚合物的材料具有其用于打印的最佳工作温度。本领域技术人员将会知道，重要的是，在相应3d部件的相应单独局部打印区域的构建表面已经达到预定义工作温度之后确定构建表面的状况。如果当局部打印区域的构建表面尚未处于预定义工作温度时确定构建表面的状况(即，形貌)，则在将局部打印区域的构建表面从室温加热到预定义工作温度期间可能出现的构建表面的变化可能不利地影响可以确定相应局部打印区域的构建表面的状况的准确性。
[0082]
在根据本发明的方法的一个实施方案中，考虑针对相应3d部件的相应单独控制指令集将每个3d部件打印在构建表面的相应单独打印区域上还包括：
[0083]-沉积与相应3d部件的相应单独打印区域的构建表面接触的am原料材料的相应第一层，并且从相应第一层开始在彼此顶部上沉积am原料材料的相应下一层，am原料材料的相应下一层具有相同的特性，而am原料材料的相应第一层具有将相应第一层与相应下一层区分开的至少一个特性，从而允许在相应3d部件的打印已经终止之后，相应第一层从am原料材料的相应下一层的改善的可移除性，而不引起相应下一层彼此分层。
[0084]
以这种方式，在3d部件已经被打印之后，可以更容易地从am原料材料的后续层移除am原料材料的第一层。将am原料材料的第一层与am原料材料的后续层(其全部具有相同的特性)区分开的至少一个特征可以是am原料材料的第一层的多孔结构，其允许例如am原料材料的第一层更容易地从am原料材料的后续层剥离。除了结构特征(即，多孔结构)之外，将am原料材料的第一层与am原料材料的后续层区分开的至少一个特征还可以是材料性质，诸如在溶剂中的溶解度，该溶解度在其他方面相同的条件(诸如温度和压力)下高于用于打印后续层的am原料材料的溶解度。以这种方式，可以在3d部件的打印之后以化学方式将am原料材料的第一层与am原料材料的后续层的堆叠选择性地彼此分离，而不将am原料材料的后续层彼此分离。将可溶性am原料材料用于第一层的优点在于，与将第一层从后续层的堆叠中的所述层剥离的情况相比，在这种情况下将第一层与后续层分离导致直接沉积在第一层上的后续层的堆叠中的层上的疤痕更少。如上所述的am原料材料的第一层常常称为筏。本领域技术人员将会知道，作为应用根据本发明的方法的结果，筏可以跨对应3d部件的单独打印区域以变化的厚度打印，以适应单独打印区域的构建表面的形貌。如上所述，根据本发明的方法的优点在于，与使用本领域已知的方法打印的筏相比，筏可以具有减小的厚度。
[0085]
根据本发明的另一方面，提供了一种基于挤出的增材制造(am)三维(3d)打印系统，该基于挤出的am 3d打印系统适于处理包括至少两个3d部件的打印作业的单独3d部件，而不是将打印作业作为整体来处理。基于挤出的am 3d打印系统包括设置有计算机指令的处理单元，这些计算机指令当在处理单元中执行时，使得基于挤出的am 3d打印系统能够执行根据本发明的方法。
[0086]
本领域技术人员将会知道，根据本发明的3d打印系统的处理单元与3d打印系统的使用基于挤出的增材制造工艺来打印3d部件所要求的所有相关部件操作地连接。因此，根据本发明的3d打印系统适于为3d部件提供改进的可靠性和上述所有相关优点。
附图说明
[0087]
从本发明的描述中，通过根据本发明的方法和3d打印系统的示例性和非限制性实
施方案，本发明的其他特征和优点将变得明显。
[0088]
本领域技术人员将会知道，根据本发明的方法和3d打印系统的所述实施方案本质上仅是示例性的，并且不被解释为以任何方式限制保护范围。本领域技术人员将认识到，在不脱离本发明的保护范围的情况下，可以设想并实施该方法和该3d打印系统的另选方案和等效实施方案。
[0089]
将参考附图页上的附图。附图本质上是示意性的，因此不一定按比例绘制。此外，相同的附图标记表示相同或相似的部件。在所附的附图页上，
[0090]
图1a在上部示出了可利用根据本发明的方法打印的3d部件的第一示例性、非限制性实施方案的示意性等轴视图，并且在下部示出了沉积在3d部件中的每个3d部件的单独打印区域的构建表面上的用于这些3d部件中的每个3d部件的am原料材料的第一层的等轴视图；
[0091]
图1b在上部示出了可利用根据本发明的方法打印的3d部件的第二示例性、非限制性实施方案的示意性等轴视图，并且在下部示出了沉积在3d部件中的每个3d部件的单独打印区域的构建表面上的用于这些3d部件中的每个3d部件的am原料材料的第一层的等轴视图；
[0092]
图1c在上部示出了可利用根据本发明的方法打印的3d部件的第三示例性、非限制性实施方案的示意性等轴视图，并且在下部示出了沉积在3d部件中的每个3d部件的单独打印区域的构建表面上的用于这些3d部件中的每个3d部件的am原料材料的第一层的等轴视图；
[0093]
图2a示出了图1c所示的3d部件中的一个部件的示意性等轴视图以及如何在本发明的上下文中解释3d部件的单独占有面积的图示；
[0094]
图2b示出了图1c所示的3d部件中的一个部件的示意性等轴视图以及3d部件的单独占有面积的不同解释的图示；
[0095]
图3示出了沉积在构建表面的单独打印区域上的3d部件的第四示例性、非限制性实施方案的示意性侧视图；
[0096]
图4a示出了按照图3所示的3d部件的第四示例性、非限制性实施方案的3d部件的示意性侧视图，其中am原料材料的第一层已经按照根据本发明的方法被成功地打印在3d部件的单独打印区域上；
[0097]
图4b示出了按照图3所示的3d部件的第四示例性、非限制性实施方案的3d部件的示意性侧视图，其中am原料材料的第一层不能按照根据本发明的方法被打印在3d部件的单独打印区域上；
[0098]
图5a至图5c示出了按照图3所示的3d部件的第四示例性、非限制性实施方案的3d部件的示意性侧视图，其中针对不同z偏移，确定am原料材料的第一层是否可以按照根据本发明的方法被成功地打印在3d部件的单独打印区域上；
[0099]
图5d示出了针对z偏移的1维解空间的示意性且非限制性示例，按照该1维解空间，am原料材料的第一层可以或可不按照根据本发明的方法被成功地打印在3d部件的单独打印区域上；
[0100]
图6a至图6c示出了按照图3所示的3d部件的第四示例性、非限制性实施方案的3d部件的示意性侧视图，其中针对不同z偏移和围绕3d部件的坐标系的x轴的不同旋转rx，确
定am原料材料的第一层是否可以按照根据本发明的方法被成功地打印在3d部件的单独打印区域上；
[0101]
图6d示出了针对z偏移和旋转rx的2维解空间的示意性且非限制性示例，按照该2维解空间，am原料材料的第一层可以或可不按照根据本发明的方法被成功地打印在3d部件的单独打印区域上；
[0102]
图7a示出了按照本发明的第五示例性、非限制性实施方案的3d部件的示意性等轴视图，其中针对不同z偏移、不同旋转rx和围绕3d部件的坐标系的y轴的不同旋转ry，确定am原料材料的第一层是否可以按照根据本发明的方法被成功地打印在3d部件的单独打印区域上；
[0103]
图7b示出了针对z偏移、旋转rx和旋转ry的3维解空间的示意性且非限制性示例，按照该3维解空间，am原料材料的第一层可以或可不按照根据本发明的方法被成功地打印在3d部件的单独打印区域上；
[0104]
图8a示出了3d部件的示意性侧视图，这些3d部件已经使用根据本发明的方法被成功地打印在构建表面上的其相应单独打印区域上；
[0105]
图8b示出了已经使用根据本发明的方法打印的3d部件的示意性侧视图，其中由于打印失败，3d部件中的一个部件的打印已经被单独地提前终止；
[0106]
图9示出了根据本发明的方法的示例性、非限制性实施方案的流程图；并且
[0107]
图10示出了根据本发明的3d打印系统的示意图，该3d打印系统包括适于使用根据本发明的方法来打印3d部件的处理单元。
具体实施方式
[0108]
本发明将在如下所述的其示例性实施方案中进一步阐明。
[0109]
在图1a的上部中，示出了三个3d部件1a、1b、1c的第一示例性、非限制性实施方案的示意性等轴视图，这三个3d部件可利用根据本发明的方法各自被打印在构建表面3的单独打印区域上。在图1a的下部中，示出了用于3d部件1a、1b、1c中的每个3d部件的am原料材料的三个相应第一层5a、5b、5c的等轴视图，这三个相应第一层沉积在构建表面3的其相应单独打印区域上。这同样适用于图1b和图1c，其中分别示出了3d部件的第二示例性、非限制性实施方案和第三示例性、非限制性实施方案及其am原料材料的相应第一层的等轴视图。按照本发明的方法，三个3d部件1a、1b、1c可以被单独地处理。以这种方式，该方法允许改进基于挤出的增材制造的可靠性并且由此改进执行该方法的3d打印系统的产量和生产效率。因此，可降低使用该方法获得的3d部件的成本。
[0110]
按照本发明的方法，打印作业包括三个3d部件的数字3d表示。在对打印作业进行切片时，生成三个3d部件的数字3d表示的切片集。该切片集中的每个切片包括限定am原料材料的相应层的相应边界的几何数据。三个3d部件1a、1b、1c的单独处理能够通过以下来实现：针对每个3d部件，考虑由切片集中的每个切片提供的几何数据来生成相应单独几何数据集。每个单独几何数据集包括限定am原料材料的相应层的相应边界的几何数据，相应边界将被考虑以用于打印相应3d部件。如果针对每个3d部件，已经通过考虑针对相应3d部件的相应单独几何数据集来生成单独控制指令集，则构成三个3d部件1a、1b、1c中的每个部件的am原料材料的层可以从打印头的喷嘴沉积在构建表面3的相应单独打印区域上，或者沉
积在am原料材料的先前沉积层上。
[0111]
针对每个3d部件1a、1b、1c，考虑由切片集中的每个切片提供的所述几何数据来生成相应单独几何数据集可以以不同的方式完成。
[0112]
第一方式包括提供由切片集中的每个切片提供的几何数据以及定制命令，这些定制命令用于针对每个3d部件对限定待沉积的am原料材料的相应层的相应边界的相应几何数据进行分组。定制命令可以是包括部件id的开始标签和结束标签。开始标签和结束标签的相应集合界定针对相应3d部件的单独几何数据集。另选地，定制命令可以是被提供给每个几何数据元素以便指示相应几何数据元素属于哪个3d部件的标签。以这种方式，可以在不使用开始标签和结束标签的情况下生成单独几何数据集。
[0113]
第二方式包括通过以下来重建待打印的每个体积：考虑由该切片集中的每个切片提供的几何数据和预定义层厚度，am原料材料的相应层将以该预定义层厚度沉积。通过以下来识别单独3d部件：将每个重建体积与如由相应3d部件的相应数字3d表示所定义的每个3d部件的每个体积进行比较。本领域技术人员将会知道，根据待打印的3d部件中的位置，对于切片集中的不同切片，预定义层厚度可以具有不同值。例如，当打印半球时，与定义半球的外表面的半球的顶层相关的切片的预定义层厚度可具有比与半球的底层相关的切片的预定义层厚度更小的值。以这种方式，可实现所打印的半球的顶部的更平滑的外表面。
[0114]
关于图1a、图1b和图1c，本领域技术人员将会知道，可应用上述两种方式来针对每个3d部件1a、1b、1c生成相应单独几何数据集。特别是对于图1b和图1c所示的3d部件的示例性实施方案，本领域技术人员将会知道用于生成相应单独几何数据集的上述方式的有益效果。
[0115]
图2a示出了图1c所示的3d部件中的一个部件的示意性等轴视图。突出显示的平面示出了如何在本发明的上下文中解释3d部件1a的单独占有面积4a。基于am原料材料的第一层5a的几何数据来确定与本发明的方法相关的3d部件1a的单独占有面积4a，该第一层必须被打印用于3d部件1a与构建表面3直接接触。本领域技术人员将会知道，还可以设想术语“占有面积”的其他定义。例如，为了优化打印过程的产量的目的，对3d部件在构建表面上的定位的有效规划所需要考虑的3d部件1a的占有面积是与图2a所示的占有面积4a不同的占有面积。在图2b所示的3d部件1a的示意性等轴视图中示出的突出显示的平面是用于后一目的的相关占有面积7。图2a和图2b的比较清楚地示出了如图2a所示的在本发明的上下文中的3d部件的占有面积4a小于图2b所示的占有面积7。关于图1a所示的3d部件的示例性实施方案，本领域技术人员将会知道，按照图2a所示的定义，图1a的3d部件的占有面积等于按照图2b所示的定义的占有面积。
[0116]
图3示出了沉积在构建表面的单独打印区域上的3d部件的第四示例性、非限制性实施方案的示意性侧视图。本领域技术人员将会知道，仅示出了构建表面的略大于3d部件的单独占有面积的一部分。图3示出了3d部件1a具有坐标系8，并且3d打印系统的构建表面3具有坐标系9。为了生成针对每个3d部件的单独控制指令集，根据本发明的方法包括变换3d部件1a的坐标系8以将3d部件的底表面6与3d打印系统的构建表面3对准的步骤。接下来，确定3d部件1a的底表面6与构建表面3之间的距离。这可以在跨相应3d部件1a待打印到其上的单独打印区域的预定义位置处进行。本领域技术人员将会知道，可使用算法或通过向3d打印系统提供的附加定制命令来获得预定义位置及其数量。如上所述，本领域技术人员将会
知道，可以以多种方式确定距离，诸如经由测量和/或计算。所确定的距离用于确定整个单独打印区域上的距离分布。如上所述，本领域技术人员将会知道，还可以以多种方式确定距离分布。在已经确定了距离分布时，可确定最小距离d
min
和最大距离d
max
。仅在d
min
和d
max
满足条件t
min
≤d
min
《d
max
≤t
max
的情况下，其中t
min
是am原料材料的第一层的预定义最小厚度并且t
max
是am原料材料的第一层的预定义最大厚度，生成针对3d部件1a的单独控制指令集。
[0117]
如上所述，以这种方式，根据本发明的方法允许确定对应3d部件可利用在整个单独打印区域上连续的am原料材料的第一层打印在构建表面上的哪些单独打印区域上。所确定的距离分布用于确定am原料材料的第一层在整个单独打印区域上的厚度分布。am原料材料的第一层的厚度范围在预定义最小厚度t
min
与预定义最大厚度t
max
之间。沉积之后，am原料材料的第一层5a提供am原料材料的下一层能够打印在其上的基本上平面的顶表面。这示出于图4a，其中示出了按照图3所示的3d部件1a的第四示例性、非限制性实施方案的3d部件的示意性侧视图，其中am原料材料的第一层5a已经被成功地打印在3d部件的单独打印区域上。
[0118]
如上所述，如果d
min
和d
max
不满足条件t
min
≤d
min
《d
max
≤t
max
，则am原料材料的第一层不能沉积为提供基本上平面或平坦的顶表面的连续层。这示出于图4b，其中示出了按照图3所示的3d部件1a的第四示例性、非限制性实施方案的3d部件的示意性侧视图，其中am原料材料的第一层不能被打印在3d部件的单独打印区域上，因为至少t
min
≤d
min
是无效的。这可以通过比较图4a和图4b清楚地看出。在图4b所示的情况下，取消生成针对3d部件的单独控制指令集或者取消针对3d部件的单独控制指令集的执行。在这两种情况下，因为单独打印区域没有处于允许可靠地打印am原料材料的至少第一层的合适条件下，所以防止3d部件的打印。
[0119]
基于上述内容，本领域技术人员将会知道，在没有3d部件1a的任何坐标变换的情况下，am原料材料的第一层5a可以或可不被打印。因此，所谓的解空间是0维的或单个布尔值。如上所述，按照根据本发明的方法的一个实施方案，如果可确定3d部件1a的合适的单独坐标变换，其允许针对3d部件1a的单独打印区域，d
min
和d
max
满足条件t
min
≤d
min
《d
max
≤t
max
，则仍然可以生成图4b所示的针对3d部件1a的单独控制指令集。以这种方式，仍然可以完成3d部件1a的打印。因此，单独坐标变换可延迟上述警告警示、保养警示和构建表面3的重新对准或交换中的至少一者。
[0120]
3d部件1a的单独坐标变换涉及沿3d部件的坐标系的z轴的平移即所谓的z偏移、围绕3d部件的坐标系的x轴的旋转rx以及围绕相应3d部件的坐标系的y轴的旋转ry中的至少一者。将关于图5a至图5d、图6a至图6d和图7a至图7b阐述3d部件的单独坐标变换的示例。在图5a至图5d中，示例性坐标变换仅涉及z偏移。在图6a至图6d中，示例性坐标变换涉及z偏移和旋转rx。在图7a和图7b中，示例性坐标变换涉及z偏移、旋转rx和旋转ry。
[0121]
转向图5a至图5c，这些图示出了按照图3所示的3d部件1a的第四示例性、非限制性实施方案的3d部件的示意性侧视图，其中针对不同z偏移，即z1(图5a)、z2(图5b)、z3(图5c)，确定am原料材料的第一层5a是否可以被成功地打印在3d部件的单独打印区域上。仅示意性地指示了am原料材料的第一层5a，以便能够确定是否可以成功打印。图5d示出了针对z偏移的1维解空间的示意性且非限制性示例，按照该1维解空间，am原料材料的第一层可以或可不被成功地打印在3d部件的单独打印区域上。围绕z偏移值z2的黑色范围限定了允许
am原料材料的第一层在3d部件的单独打印区域上的成功打印的z偏移的值。当值z1和z3在黑色范围之外时，这些z偏移值不允许单独打印区域的距离分布的d
min
和d
max
满足条件t
min
≤d
min
《d
max
≤t
max
。因此，am原料材料的第一层不能以在整个单独打印区域上有效(即第一层的厚度在t
min
与t
max
之间)的厚度分布打印。
[0122]
图6a至图6c示出了按照图3所示的3d部件1a的第四示例性、非限制性实施方案的3d部件的示意性侧视图，其中针对不同z偏移和围绕3d部件的坐标系的x轴的不同旋转rx，确定am原料材料的第一层5a是否可以被成功地打印在3d部件的单独打印区域上。仅示意性地指示了am原料材料的第一层5a，以便能够确定是否可以成功打印。图6d示出了针对z偏移和旋转rx的2维解空间的示意性且非限制性示例，按照该2维解空间，am原料材料的第一层可以或可不被成功地打印在3d部件的单独打印区域上。黑色范围指示允许am原料材料的第一层在3d部件的单独打印区域上的成功打印的z偏移值和rx值的组合的边界。黑色范围之外的z偏移和rx的组合的值不允许单独打印区域的距离分布的d
min
和d
max
满足条件t
min
≤d
min
《d
max
≤t
max
。因此，am原料材料的第一层不能以在整个单独打印区域上有效(即第一层的厚度在t
min
与t
max
之间)的厚度分布打印。图7a示出了按照本发明的第五示例性、非限制性实施方案的3d部件1a、1b、1c的示意性等轴视图，其中针对不同z偏移、不同旋转rx和围绕3d部件的坐标系的y轴的不同旋转ry，确定am原料材料的第一层是否可以被成功地打印在3d部件的单独打印区域上。图7b示出了针对z偏移、旋转rx和旋转ry的3维解空间的示意性且非限制性示例，按照该3维解空间，am原料材料的第一层可以或可不被成功地打印在3d部件的单独打印区域上。黑色范围指示允许am原料材料的第一层在3d部件的单独打印区域上的成功打印的z偏移值、rx值和ry值的组合的边界。黑色范围之外的z偏移、rx和ry的组合的值不允许单独打印区域的距离分布的d
min
和d
max
满足条件t
min
≤d
min
《d
max
≤t
max
。因此，am原料材料的第一层不能以在整个单独打印区域上有效(即第一层的厚度在t
min
与t
max
之间)的厚度分布打印。
[0123]
本领域技术人员将会知道，如果在上述0、1、2或3维解空间中没有一者可以确定相应3d部件的合适坐标变换，则am原料材料的第一层不能被打印在3d部件的相应单独打印区域上。因此，取消生成针对相应3d部件的相应单独控制指令集或者取消针对相应3d部件的单独控制指令集的执行。在这两种情况下，因为单独打印区域没有处于允许可靠地打印am原料材料的至少第一层的合适条件下，所以防止相应3d部件的打印。
[0124]
此外，本领域技术人员将会知道，如果可以选择上述0、1、2或3维解空间中的任一者中的坐标变换，则在将坐标变换应用于相应3d部件时，使用所确定的距离分布来生成针对相应3d部件的相应单独控制指令集。因此，am原料材料的第一层可以被打印在相应3d部件的单独打印区域上。本领域技术人员将会知道，am原料材料的第一层的基本上平面或平坦的顶表面不一定平行于构建表面布置。根据所选择的坐标变换，am原料材料的第一层的平面或平坦的顶表面可相对于构建表面的坐标系偏斜。
[0125]
图8a示出了3d部件1a、1b、1c的示意性侧视图，这些3d部件已经使用根据本发明的方法被成功地打印在构建表面3上的其相应单独打印区域上。本领域技术人员将会知道，至少针对3d部件1c，已经执行了坐标变换，以便允许将部件打印在其单独打印区域上，前提是在3d部件1c的单独占有面积内的构建表面3的形貌的情况下。
[0126]
图8b示出了已经使用根据本发明的方法打印的3d部件1a、1b、1c的示意性侧视图。
图8b示出了3d部件1b的打印由于打印失败而已经过早地终止。显然，在将am原料材料的层2打印在用于3d部件1b的am原料材料的第一层5b的顶部上之后，产生了所谓的意大利面条。这种打印相关的错误的检测导致关于3d部件1b的打印过程的单独终止，而其他3d部件1a和1c的打印过程继续并且最终成功地完成。图8示出了根据本发明的方法在改进基于挤出的增材制造的可靠性方面的优点，因为针对3d部件1b的打印相关的错误的出现仅终止3d部件1b的打印过程，而不终止同一打印作业内的其他3d部件1a、1c的打印过程。因此，可改进执行根据本发明的方法的am 3d打印系统的产量和生产效率。最终，可降低使用根据本发明的方法获得的3d部件的成本。
[0127]
图9示出了根据本发明的方法的示例性、非限制性实施方案的流程图100。作为流程图100的第一步骤101，检查同一打印作业中的每个3d部件的单独打印区域的有效性。流程图100的第二步骤102指示转到同一打印作业内的第一3d部件。流程图100的第三步骤103指示确定当前3d部件的单独打印区域内的预定义位置处当前3d部件的底表面与构建表面之间的距离，并且确定当前3d部件的整个单独打印区域上的距离分布的最小距离d
min
和最大距离d
max
。在流程图100的第一决策步骤104中，检查距离分布的d
min
和d
max
是否满足条件t
min
≤d
min
《d
max
≤t
max
。如果满足该条件，则am原料材料的第一层可以被打印在当前3d部件的单独打印区域上，并且当前3d部件的状态在第四步骤105中被声明有效并且在流程图100的第五步骤106中被如此存储在存储装置中。如果不满足该条件，则流程图的第六步骤107指示确定并执行当前3d部件的坐标变换。本领域技术人员将会知道，可以考虑上述坐标变换中的任一者。在流程图100的第二决策步骤108中，检查在当前3d部件的坐标变换之后，距离分布的d
min
和d
max
是否满足条件t
min
≤d
min
《d
max
≤t
max
。如果现在满足执行坐标变换时的该条件，则am原料材料的第一层可以被打印在当前3d部件的单独打印区域上，并且当前3d部件的状态在第四步骤105中被声明有效并且在流程图100的第五步骤106中被如此存储在存储装置中。然而，如果仍然不能满足该条件，则断定am原料材料的第一层不能被打印在当前3d部件的单独打印区域上，并且当前3d部件的状态在第七步骤109中被声明为无效并且在流程图100的第五步骤106中被如此存储在存储装置中。在流程图100的第三决策步骤110中，检查当前3d部件是否是打印作业中的最后一个3d部件。因为在本发明的方法的上下文中，打印作业包括至少两个3d部件，所以该检查的答案当然是否定的。流程图100的第八步骤111指示转到同一打印作业中的下一个3d部件，并且进行关于下一个3d部件的单独打印区域的有效性的相同评估。在到达同一打印作业的最后一个3d部件时，在流程图100的第五步骤106中，已经将单独3d部件中的每个3d部件的初始状态(即有效或无效)存储在存储装置中。
[0128]
流程图100的第九步骤112指示转到待打印的am原料材料的第一层。流程图100的第十步骤113指示转到同一打印作业的第一3d部件。流程图100的第十一步骤114指示检索在流程图的第五步骤106中存储在存储装置中的当前(即，第一)3d部件的状态信息。在流程图100的第四决策步骤115中，检查当前3d部件的当前状态是否有效。如果是这种情况，则流程图100的第十二步骤116指示将当前(即，第一)3d部件的原料材料的当前(即，第一)层打印在构建表面上的其单独打印区域上。如果当前(即，第一)3d部件的检索状态是无效的，则不打印原料材料的当前(即，第一)层。作为整体的3d部件的打印被单独地取消。
[0129]
在流程图100的第五决策步骤117中，检查在原料材料的当前(即，第一)层的打印
期间是否出现打印相关的错误。如果已经检测到打印相关的错误，则流程图100的第十三步骤118指示声明当前(即，第一)3d部件无效。在流程图100的第十四步骤119中，已经在流程图100的第十三步骤118中被声明的当前3d部件的无效状态被如此存储在存储装置中。作为存储当前3d部件的无效状态的结果，由于第四决策步骤115的结果对于该3d部件的原料材料的所有另外层将是否定的，所以防止任何另外层的打印。以这种方式，该3d部件的打印已经被单独地终止。如果没有检测到打印相关的错误，则在第六决策步骤120中检查当前3d部件是否是同一打印作业中的最后一个3d部件。如上所述，因为在本发明的上下文中，同一打印作业包括至少两个3d部件，所以在第一3d部件之后的答案将是否定的。第十五步骤121指示转向同一打印作业中的下一个3d部件，并且将关于同一打印作业中的下一个(即，第二)3d部件的第一层进行如以上关于步骤114至120所述的相同评估。在到达同一打印作业的最后一个3d部件时，在流程图100的第七决策步骤122中检查当前(即，第一)层是否是待沉积的原料材料的最后一层。如果答案是否定的，则流程图100的第十六步骤123指示转到下一层，并且将针对从同一打印作业中的至少两个3d部件中的第一3d部件开始的下一(即，第二)层进行与以上关于步骤113至122所述的相同评估。在到达同一打印作业中的最后一个3d部件的最后一层时，对流程图100的第七决策步骤122中的检查的答案将是肯定的。流程图100的最后步骤124指示根据上述示例性实施方案的方法结束。
[0130]
本领域技术人员将会知道，关于在同一打印作业中的3d部件的打印，可能出现若干情形。如果所有3d部件具有有效状态，则至少其原料材料的相应第一层可以被打印在其相应单独打印区域上。还可能的是，根据由于其无效状态而被防止打印的3d部件的数量的预定义阈值，3d打印系统可被配置为生成指示构建表面需要重新对准或需要更换的保养警示。3d打印系统可被配置为发送不久将达到上述预定义阈值的警告警示。以这种方式，操作员已经可以预期保养警示并且采取适当的措施，诸如例如订购新的构建表面。如果所有3d部件中的至少一个部件具有无效状态，则可选择预定义阈值以拒绝所有3d部件的打印。然而，预定义阈值还可被选择为使得如果在同一打印作业中仅几个3d部件具有无效状态并且大多数3d部件具有有效状态，则具有有效状态的3d部件的原料材料的至少第一层可被打印在其相应单独打印区域上。
[0131]
图10示出了根据本发明的3d打印系统20的示意图。3d打印系统20包括处理单元21，该处理单元适于使用根据本发明的方法来打印3d部件1a。本领域技术人员将会知道，3d打印系统20的处理单元21与3d打印系统20的使用基于挤出的增材制造工艺来打印3d部件1a所要求的所有相关部件操作地连接。
[0132]
本发明可被概括为涉及一种方法，该方法使得基于挤出的am 3d打印系统能够处理包括多个3d部件的打印作业的单独3d部件，而不是将打印作业作为整体来处理。该方法包括对打印作业进行切片以生成用于3d部件的数字3d表示的切片集。每个切片包括限定am原料材料的层的边界的几何数据，以用于考虑所述边界来打印每个3d部件。针对每个3d部件，考虑所述几何数据来生成单独几何数据集，其中每个单独几何数据集包括限定am原料材料的层的边界的几何数据，边界将被考虑以用于打印相应3d部件。本发明还涉及适于执行所述方法的am 3d打印系统。
[0133]
本公开的方法和系统允许基于在切片时不可用的运行时间数据(包括与相应打印机相关的数据)来做出决策。在对对象数据进行切片时，可能(尚)不知道该数据将被发送到
哪个打印机用于打印。由于某些打印机特定参数可能因打印机不同而不同，因此存在固有的不准确性。本公开的方法和系统避免了这些问题。这提高了准确性并且限制了损失。切片的对象数据可适于与相应打印机或打印系统相关的参数，例如以下参数中的一者或多者：
[0134]
1.打印床或构建表面的平坦度。打印床的平坦度可能随打印机而变化，甚至随打印作业而变化，因为打印床的平坦度可能随时间而变化。这在对象数据的切片期间是未知的，因为切片器通常不知道打印作业将被打印在哪个打印机上。
[0135]
2.打印床或构建表面的形貌。每个相应3d部件的单独坐标变换可适于原位打印床形貌。所述形貌在切片时通常是未知的，并且可能随打印机而变化，并且可能随时间而变化。如上所述，坐标平移可包括位置、z偏移和旋转中的一者或多者。
[0136]
3.am 3d打印系统的打印床的(非)正交性。即，打印床可以沿x轴和/或y轴(略微)倾斜。本公开的方法和系统允许利用每个3d部件的坐标变换来补偿打印床的倾斜度。
[0137]
4.在打印期间不可预见的错误。本发明的方法允许由于在打印期间不可预见的错误而损失单独部件，同时继续其他部件。在切片时也不知道的错误。
[0138]
通常，打印机基本上有两种方式来区分打印作业中的至少两个单独部件：
[0139]
1.(最简单的方式)通过添加证明哪些指令属于哪个打印对象的附加控制指令；或
[0140]
2.(潜在的变通方案)通过模拟打印机中打印作业的构建，并且然后重建哪些主体在打印期间不接触，这意味着这些主体最终将变成单独部件。
[0141]
本公开的方法和系统适用于这两种方法。第二方法的优点在于，可以潜在地对由第三方切片器生成的文件起作用，该第三方切片器因此不生成附加指令。
[0142]
本领域技术人员将清楚，本发明的范围不限于前面讨论的示例，相反在不脱离由所附权利要求限定的本发明的范围的情况下，其若干修订和修改是可能的。具体地，可做出本发明的各个方面的特定特征的组合。本发明的一个方面可通过添加关于本发明的另一方面所述的特征来进一步有利地增强。虽然已经在附图和说明书中详细示出和描述了本发明，但是此类图示和描述应当被认为仅仅是说明性或示例性的，而不是限制性的。
[0143]
本发明不限于所公开的实施方案。通过研究附图、说明书和所附权利要求，本领域技术人员在实践所要求保护的发明时能够理解和实现所公开的实施方案的变型。在权利要求中，词语“包括”不排除其他步骤或元件，并且不定冠词“一个”或“一种”不排除复数形式。在相互不同的从属权利要求中叙述某些措施这一事实并不指示不能有利地使用这些措施的组合。权利要求中的任何附图标记不应被解释为限制本发明的范围。
[0144]
附图标记
[0145]
1a、1b、1c 3d部件；2am原料材料的层；3构建表面；4a、4b、4c在本发明的上下文中，3d部件的单独占有面积；5a、5b、5c am原料材料的第一层；6底表面3d部件；7与将部件放置在构建表面上相关的占有面积；8坐标系3d部件；9
[0146]
坐标系构建表面；10打印头；11打印相关的错误：“意大利面条”；20 3d打印系统；21处理单元；d
min
距离分布的最小距离；d
max
距离分布的最大距离；t
min
最小厚度原料材料的第一层；t
max
最大厚度原料材料的第一层；100流程图；101流程图的第一步骤；102流程图的第二步骤；103流程图的第三步骤；104流程图的第一决策步骤；105流程图的第四步骤；106流程图的第五步骤；107流程图的第六步骤；108流程图的第二决策步骤；109流程图的第七步骤；110流程图的第三决策步骤；111流程图的第八步骤；112流程图的第九步骤；113流程
图的第十步骤；114流程图的第十一步骤；115流程图的第四决策步骤；116流程图的第十二步骤；117流程图的第五决策步骤；118流程图的第十三步骤；119流程图的第十四步骤；120流程图的第六决策步骤；121流程图的第十五步骤；122流程图的第七决策步骤；123流程图的第十六步骤；124流程图的最终步骤。

技术特征：
1.一种方法，所述方法用于使得基于挤出的增材制造(am)三维(3d)打印系统能够处理包括至少两个3d部件的打印作业的单独3d部件(1a,1b,1c)，所述方法包括以下步骤：-提供所述打印作业，所述打印作业提供所述至少两个3d部件的数字3d表示；-对所述打印作业进行切片以生成用于所述至少两个3d部件的所述数字3d表示的切片集，所述切片集中的每个切片包括限定am原料材料的相应层(2)的相应边界的几何数据，以考虑所述相应边界来打印每个3d部件，所述相应层将从打印头的喷嘴沉积在构建表面(3)和am原料材料的先前沉积层中的一者上；-针对每个3d部件，考虑由所述切片集中的每个切片提供的所述几何数据来生成相应单独几何数据集，其中每个单独几何数据集包括限定am原料材料的所述相应层的所述相应边界的几何数据，所述相应边界将被考虑以用于打印相应3d部件。2.根据权利要求1所述的方法，包括以下步骤：-将所述切片打印作业发送到am 3d打印系统；-通过以下来优化用于相应am 3d打印系统的打印过程：针对每个3d部件，考虑由所述切片集中的每个切片提供的所述几何数据并且考虑所述相应am 3d打印系统的参数来生成所述相应单独几何数据集；以及-基于所述单独几何数据集来生成针对每个3d部件的单独控制指令集。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中针对每个3d部件(1a,1b,1c)，考虑由所述切片集中的每个切片提供的所述几何数据来生成相应单独几何数据集包括：-提供由所述切片集中的每个切片提供的所述几何数据以及定制命令，所述定制命令用于针对每个3d部件对限定待沉积的am原料材料的所述相应层的所述相应边界的相应几何数据进行分组，从而针对每个3d部件生成所述相应单独几何数据集。4.根据权利要求1至3中的一项所述的方法，其中针对每个3d部件(1a,1b,1c)，考虑由所述切片集中的每个切片提供的所述几何数据来生成相应单独几何数据集包括：-通过以下来重建待打印的每个体积：考虑由所述切片集中的每个切片提供的所述几何数据和预定义标准层厚度，am原料材料的所述相应层将以所述预定义标准层厚度沉积；-通过以下来识别3d部件：将每个重建体积与如由所述相应3d部件的相应数字3d表示所定义的每个3d部件的每个体积进行比较；以及-针对所述切片集中的每个切片，对每个所识别的3d部件的相应几何数据进行分组，从而针对每个3d部件生成所述相应单独几何数据集。5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，包括：-针对每个3d部件(1a,1b,1c)，基于am原料材料的相应第一层(5)的相应几何数据来确定相应单独占有面积(4a,4b,4c)，所述相应第一层将沉积为与由针对所述相应3d部件的所述相应单独几何数据集提供的所述构建表面(3)直接接触，每个相应单独占有面积是由am原料材料的所述相应第一层的相应边界包围的区域；-通过以下来生成针对每个3d部件的单独控制指令集：考虑针对所述相应3d部件的所述相应单独几何数据集，其中每个单独控制指令集使得所述am 3d系统能够单独地控制每个3d部件的制造；以及-考虑针对所述相应3d部件的所述相应单独控制指令集在所述构建表面的相应单独打印区域上打印每个3d部件，其中所述相应单独打印区域等于所述相应3d部件的所述相应单
独占有面积。6.根据权利要求2或5所述的方法，其中生成针对每个3d部件的所述单独控制指令集包括：-变换所述相应3d部件的坐标系以将所述相应3d部件的底表面(6)与所述3d打印系统的所述构建表面(3)对准；-确定在跨所述相应3d部件待打印到其上的所述相应单独打印区域的预定义位置处所述相应3d部件的所述底表面与所述构建表面之间的距离，以确定整个相应单独打印区域上的距离分布；-确定所确定的距离分布的最小距离d
min
和最大距离d
max
；-如果d
min
和d
max
满足条件t
min
≤d
min
<d
max
≤t
max
，其中t
min
是am原料材料的所述相应第一层的预定义最小厚度并且t
max
是预定义最大厚度，则使用所确定的距离分布来生成针对所述相应3d部件的所述相应单独控制指令集，其中在已经沉积之后，am原料材料的所述相应第一层提供am原料材料的下一层能够打印在其上的基本上平面的顶表面。7.根据权利要求6的方法，其中在执行所述相应3d部件的单独坐标变换以便允许d
min
和d
max
满足所述条件t
min
≤d
min
<d
max
≤t
max
之后，生成针对所述相应3d部件的所述单独控制指令集。8.根据权利要求7所述的方法，其中所述相应3d部件的所述单独坐标变换涉及以下中的至少一者：-沿所述相应3d部件的所述坐标系的z轴的平移；-围绕所述相应3d部件的所述坐标系的x轴的旋转rx；和-围绕所述相应3d部件的所述坐标系的y轴的旋转ry。9.根据权利要求8所述的方法，其中确定所述相应3d部件的所述单独坐标变换还包括考虑所述am 3d打印系统的x轴布置、y轴布置和z轴布置中的至少一者的确定的非直线度。10.根据权利要求6至9中任一项所述的方法，其中使用通过非接触测量技术和涉及所述构建表面与以下中的至少一者之间的物理接触的测量技术中的至少一者获得的结果来确定在跨所述相应单独打印区域的预定义位置处所述相应3d部件的所述底表面(6)与所述构建表面(3)之间的所述距离：-与所述打印头相关联的探测布置；和-所述打印头的所述喷嘴。11.根据权利要求6至10中任一项所述的方法，其中am原料材料的所述相应第一层(5)的所述预定义最小厚度t
min
等于预定义标准层厚度的50％，除了am原料材料的所述相应第一层(5)之外的am原料材料的相应其他层将以所述预定义标准层厚度沉积，并且am原料材料的所述相应第一层的所述预定义最大厚度t
max
等于所述预定义标准层厚度的150％。12.根据权利要求6至11中任一项所述的方法，其中在将每个3d部件打印在所述构建表面的相应单独打印区域上之前，在确定尚未针对所述相应3d部件生成相应单独控制指令集时，单独地拒绝所述至少两个3d部件中的相应3d部件，从而避免开始所述相应3d部件在所述相应单独打印区域上的打印。13.根据权利要求5至12中任一项所述的方法，其中考虑针对所述相应3d部件的所述相应单独控制指令集将每个3d部件打印在所述构建表面的相应单独打印区域上还包括：
‑
检测与所述至少两个3d部件中的相应3d部件的am原料材料的至少一个沉积层相关联的错误，并且将所述相应3d部件标记为被拒绝的3d部件；-单独地终止所述被拒绝的3d部件的打印，同时继续打印所述至少两个3d部件中的未被拒绝的3d部件，直到针对相应未被拒绝的3d部件，am原料材料的所有层已经被沉积，或者所有3d部件已经被拒绝。14.根据权利要求13所述的方法，其中针对每个单独被拒绝的3d部件，生成相应等待时间，所述相应等待时间具有等于沉积用于相应单独被拒绝的3d部件的am原料材料的相应下一层本来所要求的相应沉积时间的持续时间，其中当沉积用于所述至少两个3d部件中的每个相应未被拒绝的3d部件的am原料材料的相应下一层时，考虑针对每个单独被拒绝的3d部件的所述相应等待时间，以保持热模拟结果的有效性，所述热模拟结果是在开始将每个3d部件打印在所述构建表面的相应单独打印区域上之前已经通过考虑针对每个3d部件的所述相应单独控制指令集来执行热模拟而获得的。15.根据权利要求5至14中任一项所述的方法，其中考虑针对所述相应3d部件的所述相应单独控制指令集将每个3d部件打印在所述构建表面的相应单独打印区域上还包括：-沉积与所述相应3d部件的所述相应单独打印区域的所述构建表面接触的am原料材料的所述相应第一层(5)，并且从所述相应第一层开始在彼此顶部上沉积am原料材料的相应下一层(2)，am原料材料的所述相应下一层具有相同的特性，而am原料材料的所述相应第一层具有将所述相应第一层与所述相应下一层区分开的至少一个特性，从而允许在所述相应3d部件的打印已经终止之后，所述相应第一层从am原料材料的所述相应下一层的改善的可移除性，而不引起所述相应下一层彼此分层。16.一种基于挤出的增材制造(am)三维(3d)打印系统(20)，所述基于挤出的am 3d打印系统适于处理包括至少两个3d部件的打印作业的单独3d部件(1a,1b,1c)，所述基于挤出的am 3d打印系统包括设置有计算机指令的处理单元(21)，所述计算机指令当在所述处理单元中执行时使得所述基于挤出的am 3d打印系统能够执行根据权利要求1至15中任一项所述的方法。

技术总结
本发明涉及一种方法，该方法用于使得基于挤出的AM 3D打印系统能够处理包括至少两个3D部件的打印作业的单独3D部件(1a,1b,1c)。该方法包括对该打印作业进行切片以生成用于该3D部件的数字3D表示的切片集。每个切片包括限定AM原料材料的层的边界的几何数据，以用于考虑所述边界来打印每个3D部件。针对每个3D部件，考虑所述几何数据来生成单独几何数据集，其中每个单独几何数据集包括限定AM原料材料的该层的该边界的几何数据，该边界将被考虑以用于打印相应3D部件。本发明还涉及适于执行所述方法的AM 3D打印系统(20)。3D打印系统(20)。3D打印系统(20)。


技术研发人员：B
受保护的技术使用者：联结高性能3D技术有限公司
技术研发日：2021.12.16
技术公布日：2023/8/24