使用分段或聚集優(yōu)化3d打印的制作方法
【專利說明】使用分段或聚集優(yōu)化3D打印
背景
[0001]3維(3D)打印提供了一種快速生產(chǎn)原型設(shè)備的方式，并且存在可以使用的許多不同3D打印技術(shù)，包括光固化立體造型術(shù)、選擇性激光燒結(jié)術(shù)以及熔絲制造(FFF)，熔絲制造也被稱為熔融沉積造型術(shù)(FDM)。雖然，使用3D打印的原型制造與傳統(tǒng)的諸如注塑成型的技術(shù)相比是快捷的，但是它還是可能花費(fèi)許多小時(shí)，這取決于對(duì)象的尺寸，并且可以被成形的原型的最大尺寸受限于3D打印機(jī)的打印信封(或托盤尺寸)。
[0002 ]以下描述的各實(shí)施例不限于解決已知3D打印系統(tǒng)的缺點(diǎn)中的任一個(gè)或全部的實(shí)現(xiàn)。
概述
[0003]下面呈現(xiàn)了本發(fā)明的簡(jiǎn)要概述，以便向讀者提供基本理解。本概述不是本公開的窮盡概覽，并且不標(biāo)識(shí)本發(fā)明的關(guān)鍵/重要元素或描述本說明書的范圍。其唯一的目的是以簡(jiǎn)化形式呈現(xiàn)此處所公開的精選概念，作為稍后呈現(xiàn)的更詳細(xì)的描述的序言。
[0004]通過將輸入作業(yè)分段和/或?qū)⑤斎胱鳂I(yè)的各部分組合在一起可以優(yōu)化3D打印。在一個(gè)實(shí)施例中，接收與每個(gè)輸入作業(yè)相關(guān)聯(lián)的用戶定義的度量，并且將其與所使用的3D打印機(jī)的打印信封(printing envelope)和其他特性一起用于調(diào)度輸入作業(yè)以優(yōu)化3D打印進(jìn)程的等待時(shí)間和/或吞吐量。在各種實(shí)施例中，所述調(diào)度可以包括將一個(gè)3D對(duì)象劃分成許多部分，并隨后單獨(dú)調(diào)度這些部分和/或組合要在同一 3D打印機(jī)上同時(shí)被打印的各種輸入作業(yè)的3D對(duì)象或3D對(duì)象的各部分。在各種實(shí)施例中，當(dāng)接收到新的輸入作業(yè)并在打印期間做出改變時(shí)就重復(fù)所述調(diào)度。在各種實(shí)施例中，用戶可以提交已經(jīng)在正在被打印的進(jìn)程中的輸入作業(yè)的經(jīng)更新的版本。
[0005]通過結(jié)合附圖參考以下詳細(xì)描述，可易于領(lǐng)會(huì)并更好地理解許多附帶特征。
附圖簡(jiǎn)述
[0006]根據(jù)附圖閱讀以下【具體實(shí)施方式】，將更好地理解本發(fā)明，在附圖中:
圖1是示例3D打印系統(tǒng)的的示意圖；
圖2是控制一個(gè)3D打印機(jī)或多個(gè)3D打印機(jī)的改進(jìn)方法的流程圖；
圖3示出一個(gè)3D對(duì)象的許多示意圖，該3D對(duì)象被分段成子對(duì)象并被重新安排以供打??； 圖4是自動(dòng)調(diào)度3D打印以優(yōu)化等待時(shí)間和/或吞吐量的示例方法的流程圖；
圖5示出一個(gè)3D對(duì)象的許多示意圖，該3D對(duì)象被分段成子對(duì)象并被重新安排以供打印； 圖6示出了正被組合并被重新安排以供打印的許多3D對(duì)象；
圖7示出涉及重復(fù)調(diào)度以優(yōu)化3D打印系統(tǒng)的等待時(shí)間和/或吞吐量的兩個(gè)示例時(shí)間線； 圖8是控制一個(gè)3D打印機(jī)或多個(gè)3D打印機(jī)的另一個(gè)改進(jìn)方法的流程圖；以及圖9是控制一個(gè)3D打印機(jī)或多個(gè)3D打印機(jī)的進(jìn)一步改進(jìn)的方法的流程圖。
在各個(gè)附圖中使用相同的附圖標(biāo)記來指代相同的部件。
詳細(xì)描述
[0007]下面結(jié)合附圖提供的詳細(xì)描述旨在作為本發(fā)明示例的描述，并不旨在表示可以構(gòu)建或使用本發(fā)明示例的唯一形式。本描述闡述了本發(fā)明示例的功能，以及用于構(gòu)建和操作本發(fā)明示例的步驟的序列。然而，可以通過不同的示例來實(shí)現(xiàn)相同或等效功能和序列。
[0008]如上所述，雖然，3D打印提供一種與傳統(tǒng)技術(shù)相比生成3D構(gòu)造物的快速方法，但是取決于構(gòu)造物的尺寸，它還是可能花費(fèi)許多小時(shí)來創(chuàng)建該構(gòu)造物。這限制了在提交了作業(yè)給3D打印機(jī)之后發(fā)現(xiàn)他們需要加急創(chuàng)建一個(gè)小部分的用戶的靈活性，并且雖然該小部分可能僅需要花費(fèi)10分鐘來打印，但在可以開始該加急任務(wù)之前他們必須一直等到最初的作業(yè)已經(jīng)完成(例如，等數(shù)小時(shí))。類似地，如果用戶意識(shí)到在已經(jīng)被提交的作業(yè)中存在一個(gè)差錯(cuò)，對(duì)于現(xiàn)有的3D打印系統(tǒng)，他們必須取消作業(yè)并再次開始該打印進(jìn)程或者在他們可以重新提交經(jīng)更正的作業(yè)之前一直等待直到該作業(yè)被完成。這浪費(fèi)了時(shí)間和資源(例如在打印最初的不正確的作業(yè)中已經(jīng)使用的材料)兩者。
[0009 ]圖1是示例3D打印系統(tǒng)100的示意圖，并且圖2是控制為用戶(S卩提交3D打印的打印作業(yè)的那些人)提供附加靈活性的一個(gè)3D打印機(jī)(或多個(gè)3D打印機(jī))的改進(jìn)方法的流程圖。如下更加詳細(xì)地描述，所述方法基于所述一個(gè)或多個(gè)打印機(jī)的打印信封和其他特性并且另外基于用戶定義的度量來優(yōu)化等待時(shí)間和/或吞吐量。存在通過所述方法和示例可自動(dòng)優(yōu)化等待時(shí)間和/或吞吐量的許多不同的方式，包括但不限于:
籲將一個(gè)作業(yè)劃分成多個(gè)部分，這些部分可以在單個(gè)3D打印機(jī)上或在超過一個(gè)的3D打印機(jī)上被并行打??；
?結(jié)合被打印的部分使用預(yù)打印或預(yù)成形塊來完成作業(yè)；
?在單個(gè)打印信封內(nèi)(即在單個(gè)3D打印機(jī)的打印托盤內(nèi))組合多個(gè)作業(yè)；
?重新定向所述對(duì)象；
?允許作業(yè)在進(jìn)行時(shí)被添加(即在現(xiàn)有的單獨(dú)的作業(yè)正被打印的同時(shí))，這樣，不同的對(duì)象可以在托盤上的不同垂直高度處開始；
?允許在打印期間修改或取消作業(yè)；
?允許在打印期間移除作業(yè);以及 ?允許打印在對(duì)象的整個(gè)3D設(shè)計(jì)已經(jīng)被完成之前開始。
所述方法可以包括這些特征之一或這些特征的兩個(gè)或更多特征的任意組合和/或可以包括上面沒有被列出的附加特征。例如，第一作業(yè)可以被分段，并且隨后在3D打印機(jī)的單個(gè)打印信封內(nèi)該第一作業(yè)的一個(gè)部分可以與第二作業(yè)相組合(例如第一作業(yè)的其他部分要么正在另一個(gè)3D打印機(jī)上被打印，要么在同一3D打印機(jī)上但在對(duì)所述第一作業(yè)的該部分和完整的第二作業(yè)的聚集的打印之后被打印)。當(dāng)超過一個(gè)作業(yè)或一個(gè)作業(yè)的一部分在同一打印機(jī)的同一打印信封內(nèi)同時(shí)被打印時(shí)，成形的這兩個(gè)對(duì)象可以由支撐材料(或筏)相連接，這樣，它們?cè)诖蛴≈罂梢员环珠_。支撐材料可以，例如，是在水、氫氧化鉀或其他液體中可溶解的，或者以任意其他方式可移除的(例如通過烘烤或照射所述各部分以引起支撐材料分解)。如下詳細(xì)描述地，在一些示例中，可能在已經(jīng)完成打印之前分開或移除一個(gè)部分。
[0010]在優(yōu)化中使用的一個(gè)或多個(gè)打印機(jī)的其他特性可以包括3D打印機(jī)的任何特性(例如打印特性或其他特性)ο這些特性可以，例如，包括以下的一項(xiàng)或多項(xiàng):
?使用的打印技術(shù)；
籲分辨率(針對(duì)不同的軸可能是不同的)；
?速度(再次針對(duì)不同的軸可能是不同的)；
?成本(例如模型材料和/或支撐材料的成本或由第三方收費(fèi)的打印機(jī)的使用成本)； ?打印機(jī)的當(dāng)前配置和狀態(tài)(如下詳細(xì)描述的)；
?打印機(jī)的物理位置(例如附近的打印機(jī)是優(yōu)選的).’以及
?材料(例如不同的打印機(jī)可以打印不同的模型材料或使用不同的支撐材料，其中這些不同的材料可以具有不同的屬性，例如不同的機(jī)械屬性、不同的顏色等)。
在打印機(jī)的當(dāng)前配置和狀態(tài)是所使用的特性之一時(shí)，存在要被考慮的一個(gè)或多個(gè)不同方面，并且示例包括:
?在下次可使用之前打印機(jī)是否需要維護(hù)；
?裝載的特定模型/支撐材料盒以及更換該盒所花費(fèi)的時(shí)間、需要的人力和(由于在更換盒時(shí)導(dǎo)致的可能會(huì)很高的某種浪費(fèi)的)貨幣成本也是考慮因素；
?在盒中的剩余材料水平，例如小型打印可以完成但較大型打印可能沒有足夠的模型或支撐材料。
?打印機(jī)的垃圾桶有多滿，以至于再次的大型打印可能耗盡垃圾桶(或打印機(jī)的任意其他容量/時(shí)間限制元素)中的空間。
?打印機(jī)或打印機(jī)部件的壽命，其可以意味著雖然它還可以打印，但是其輸出與另一個(gè)別的同等打印機(jī)相比較差/較不可靠，因此，它可以被用于更多的“草稿”版本，而另一個(gè)打印機(jī)可以被用于“最終”版本，或者這兩個(gè)打印機(jī)可以被用于一個(gè)拼合模型，但將較高分辨率的部分發(fā)送給更好的打印機(jī)。
[0011]當(dāng)執(zhí)行優(yōu)化/調(diào)度操作時(shí)，可以考慮將來的作業(yè)(例如如果你具有安裝在打印機(jī)中的材料A以及使用A(較不緊急)和B(較為緊急)的兩個(gè)打印，不過B由于變更材料的開銷很高而被延遲)。在另一個(gè)示例中，短打印可以首先被調(diào)度在辦公時(shí)間內(nèi)完成，這樣技術(shù)人員可以取回它并允許整晚運(yùn)行一個(gè)大型打印?；蛘?，可以查看技術(shù)人員/用戶日歷以便如果他們例如在3pm-4pm有會(huì)議，打印機(jī)就嘗試在該時(shí)間段不完成任何事情。
[0012]如上所述，等待時(shí)間和/或吞吐量可以通過在此所述的方法被優(yōu)化。在第一個(gè)示例場(chǎng)景中，其中要打印兩個(gè)對(duì)象，一個(gè)對(duì)象可以在另一個(gè)的頂部打印，使得可以以直到這兩個(gè)對(duì)象都已經(jīng)順序被打印完畢時(shí)才能獲得它們?yōu)榇鷥r(jià)(等待時(shí)間的增加)來實(shí)現(xiàn)更快的經(jīng)組合的打印(吞吐量增加)，盡管如果在已經(jīng)完成第二部分之前可能移除第一部分，但對(duì)等待時(shí)間可能沒有影響。在第二個(gè)示例場(chǎng)景中，其中一個(gè)對(duì)象被添加到另一個(gè)打印(其已經(jīng)開始打印)，由于這兩個(gè)對(duì)象的組合與如果打印機(jī)在兩個(gè)對(duì)象之間停歇(并且可能被清空和清掃)相比被更加快速地完成，因此增加了吞吐量;然而，第一對(duì)象的等待時(shí)間可能增加(如果直到第二對(duì)象完成才能獲得它的話)，同時(shí)第二對(duì)象的等待時(shí)間減少。
[0013]被取消的作業(yè)可以允許建立刷新基底/後(fresh base/raft)，在其上可以在無需移除托盤和/或完成清潔的情況下打印新對(duì)象。
[0014]圖1示出的3D打印系統(tǒng)100包括連接到一個(gè)或多個(gè)3D打印機(jī)104的計(jì)算設(shè)備102。計(jì)算設(shè)備102可以與3D打印機(jī)104位于同處，這樣在計(jì)算設(shè)備102和3D打印機(jī)104之間可以存在直接連接(有線或無線)，或者替換地計(jì)算設(shè)備102可以通過網(wǎng)絡(luò)被連接到3D打印機(jī)。當(dāng)計(jì)算設(shè)備102沒有與3D打印機(jī)104位于同處時(shí)，它們可以通過例如因特網(wǎng)或在家庭或企業(yè)內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)之類的網(wǎng)絡(luò)相連接。應(yīng)該理解，在一些示例系統(tǒng)中，存在與計(jì)算設(shè)備102位于同處的一些3D打印機(jī)，以及遠(yuǎn)離計(jì)算設(shè)備102的其他3D打印機(jī)。
[0015]在該示例中，計(jì)算設(shè)備102具有分開的顯示器106和用戶輸入設(shè)備108(例如鼠標(biāo)和鍵盤)，但在其他示例中，顯示器106和/或用戶輸入設(shè)備108可以被集成到計(jì)算設(shè)備102(例如當(dāng)計(jì)算設(shè)備102是膝上計(jì)算機(jī)或平板計(jì)算機(jī)時(shí))，如由虛輪廓線110所指示的。在又一個(gè)示例中，計(jì)算設(shè)備102可以被用作打印機(jī)服務(wù)器(并且因此可以不具有相連的顯示器106和用戶輸入設(shè)備108)，并且用戶可以改為通過分開的計(jì)算設(shè)備130提交打印作業(yè)或以其他方式與打印機(jī)服務(wù)器交互，該分開的計(jì)算設(shè)備130通過網(wǎng)絡(luò)連接到打印機(jī)服務(wù)器(計(jì)算設(shè)備102)，并且可以被認(rèn)為是系統(tǒng)100的或系統(tǒng)100外部的部件。在一個(gè)示例中，打印系統(tǒng)100可以為通過打印機(jī)服務(wù)器訪問3D打印服務(wù)的遠(yuǎn)程用戶提供該服務(wù)，并且所打印的部分可以隨后被遞送給該用戶(例如通過信使或郵政服務(wù))。而且，盡管計(jì)算設(shè)備102被示為與3D打印機(jī)104分開，但在一些示例中，計(jì)算設(shè)備102可以集成在3D打印機(jī)104中以形成單個(gè)單元(如由虛