增材制造系統(tǒng)允許由構(gòu)造材料和定義對(duì)象的三維模型的電子數(shù)據(jù)形成三維對(duì)象。

附圖說明

附圖例示了本文描述的原理的各種示例并且構(gòu)成說明書的一部分。例示的示例僅用于示意性說明的目的，并不限制權(quán)利要求書的范圍。

圖1是根據(jù)本文描述的原理的一個(gè)示例的增材制造系統(tǒng)的框圖。

圖2是根據(jù)本文描述的原理的一個(gè)示例的增材制造打印系統(tǒng)的框圖。

圖3是示出了根據(jù)本文描述的原理的一個(gè)示例的、用于擴(kuò)散三維模型數(shù)據(jù)中的誤差的方法的流程圖。

圖4是示出了根據(jù)本文描述的原理的一個(gè)示例的、用于生成補(bǔ)償誤差矩陣的方法的框圖。

圖5是示出了根據(jù)本文描述的原理的另一示例的、用于擴(kuò)散三維模型數(shù)據(jù)中的誤差的方法的流程圖。

貫穿各附圖的相同附圖標(biāo)記指代類似的、但不一定相同的元件。

具體實(shí)施方式

在增材制造中，待制作的三維對(duì)象由電子三維模型表示。在制作之前，數(shù)據(jù)在邏輯上被劃分為多個(gè)切片，每個(gè)切片可對(duì)應(yīng)于對(duì)象的一個(gè)物理層。然而，在一些情況下，多個(gè)切片將與單個(gè)物理層相關(guān)。這被稱為超切片，其允許更好地處理切片邊界處出現(xiàn)的特征。然后，以堆疊形式形成對(duì)象的每一層，從而最終完成該對(duì)象。

存在多種類型的、允許用戶使用三維模型數(shù)據(jù)生成對(duì)象的增材制造工藝。這些工藝包括：例如選擇性激光燒結(jié)(SLS)的熱工藝，例如立體平版印刷(SLA)的化學(xué)工藝以及其他材料聚結(jié)工藝。這些工藝中的一些工藝可能涉及熱量或反應(yīng)化學(xué)物質(zhì)橫向于對(duì)象層的遷移、以及在一些情況下在相鄰對(duì)象層之間的遷移。事實(shí)上，如果在對(duì)象的一點(diǎn)處生成熱量，則該熱量可能影響該對(duì)象的其他部分經(jīng)受的熱量的大小。類似地，隨著反應(yīng)化學(xué)物質(zhì)擴(kuò)散到周圍區(qū)域中，其可能影響在那些區(qū)域中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)。這可能導(dǎo)致三維精度降低，或者導(dǎo)致對(duì)象中的其他缺陷，這些缺陷是因材料受能量或反應(yīng)物的遷移的影響而在不期望的位置以不期望的方式凝固、熔融、聚結(jié)或發(fā)生反應(yīng)而造成的。

半色調(diào)化是一種在二維打印中使用的技術(shù)，用于在僅能夠打印少量色調(diào)水平的打印機(jī)上復(fù)制連續(xù)色調(diào)圖像。半色調(diào)化涉及：將多個(gè)網(wǎng)點(diǎn)置于介質(zhì)上，改變網(wǎng)點(diǎn)的位置、形狀、尺寸和/或顏色以便混合這些網(wǎng)點(diǎn)，從而使得人眼無法檢測相距足夠遠(yuǎn)距離的各個(gè)網(wǎng)點(diǎn)、但卻能看到將原始連續(xù)色調(diào)(即，連續(xù)的色調(diào))圖像緊密組合在一起的圖像。同一理論也適用于增材制造系統(tǒng)。在三維技術(shù)中，半色調(diào)化是這樣的技術(shù)：其將具有連續(xù)密度區(qū)域的對(duì)象的模型轉(zhuǎn)化為該連續(xù)或連續(xù)色調(diào)數(shù)據(jù)的二進(jìn)制表示，以使得模型化的對(duì)象可通過各種各樣的增材制造技術(shù)渲染。打印圖像的傳統(tǒng)二維半色調(diào)化與三維半色調(diào)化之間的差異在于：用于打印的半色調(diào)數(shù)據(jù)描繪了打印介質(zhì)表面上的二進(jìn)制網(wǎng)點(diǎn)圖案，而三維半色調(diào)化提供了布置在空間中的顆粒圖案。由此，半色調(diào)數(shù)據(jù)變成地圖或圖案，該地圖或圖案告知增材制造系統(tǒng)：何處的構(gòu)造材料應(yīng)固化從而形成當(dāng)前對(duì)象層。由此，在不同的增材制造系統(tǒng)的實(shí)踐中，半色調(diào)數(shù)據(jù)將表明：在僅將構(gòu)造材料放置在需要的位置處或放置在應(yīng)當(dāng)被施加例如激光的能量以固化構(gòu)造材料的點(diǎn)處的系統(tǒng)中，應(yīng)將聚結(jié)劑或其他化學(xué)試劑沉積在粉末狀構(gòu)造材料的什么位置上，以及應(yīng)將構(gòu)造材料沉積在什么位置上。然而，二維打印中的網(wǎng)點(diǎn)對(duì)應(yīng)于形成對(duì)象物理層所采取的動(dòng)作，例如，構(gòu)造材料的沉積點(diǎn)、對(duì)構(gòu)造材料施加能量、將化學(xué)反應(yīng)物沉積到構(gòu)造材料中，等等。

本說明書描述了一種擴(kuò)散三維連續(xù)色調(diào)模型數(shù)據(jù)中的誤差的方法，其通過針對(duì)三維連續(xù)色調(diào)模型數(shù)據(jù)的多個(gè)切片中的切片生成半色調(diào)數(shù)據(jù)、基于所生成的半色調(diào)數(shù)據(jù)生成補(bǔ)償誤差值、以及將所生成的補(bǔ)償誤差值增加到后續(xù)切片的連續(xù)色調(diào)數(shù)據(jù)中而實(shí)現(xiàn)。

本說明書還描述了一種增材制造系統(tǒng)，其包括處理器、誤差擴(kuò)散模塊以及半色調(diào)化模塊。該處理器使用該半色調(diào)化模塊針對(duì)三維連續(xù)色調(diào)模型數(shù)據(jù)的多個(gè)切片中的切片生成半色調(diào)數(shù)據(jù)。該誤差擴(kuò)散模塊基于所生成的半色調(diào)數(shù)據(jù)生成補(bǔ)償誤差值，并且將所生成的補(bǔ)償誤差值增加到后續(xù)切片的連續(xù)色調(diào)數(shù)據(jù)中。

本說明書還描述了一種方法，包括：三維連續(xù)色調(diào)模型數(shù)據(jù)的多個(gè)切片中的切片生成半色調(diào)數(shù)據(jù)，其生成半色調(diào)誤差值；基于所生成的半色調(diào)數(shù)據(jù)生成補(bǔ)償誤差值；將半色調(diào)誤差值的一部分增加到補(bǔ)償誤差值中，以獲得增量(argumented)的誤差值；以及將增量的誤差值增加到后續(xù)切片的連續(xù)色調(diào)數(shù)據(jù)中。

在本說明書以及隨附權(quán)利要求書中，術(shù)語“增材制造裝置”意指由構(gòu)造材料制作三維對(duì)象的任意裝置，其使用模型數(shù)據(jù)的切片形成該對(duì)象的對(duì)應(yīng)層。

在本說明書以及隨附權(quán)利要求書中，術(shù)語“構(gòu)造材料”意指松散或流體的材料，例如，粉末，在增材制造中由該材料形成期望的三維對(duì)象。

本說明書以及隨附權(quán)利要求書中使用的術(shù)語“切片”意指三維對(duì)象的平面橫截面的模型數(shù)據(jù)的子集，該三維對(duì)象由該切片所在的三維模型以電子方式表示。

本說明書以及隨附權(quán)利要求書中使用的術(shù)語“層”意指物理三維對(duì)象的平面橫截面。在增材制造中，三維對(duì)象的層對(duì)應(yīng)于三維模型數(shù)據(jù)的至少一個(gè)切片。

本說明書以及隨附權(quán)利要求書中使用的術(shù)語“聚結(jié)”意指將先前松散或流體的構(gòu)造材料固化或融合為固態(tài)物質(zhì)。

本說明書以及隨附權(quán)利要求書中使用的術(shù)語“聚結(jié)劑”意指引起構(gòu)造材料聚結(jié)的任意物質(zhì)。在一些情況下，聚結(jié)劑是通過施加能量(例如輻照)而活化的。

在以下說明中，為了解釋的目的，闡明了大量具體細(xì)節(jié)以提供對(duì)本系統(tǒng)和方法的通透理解。然而，顯而易見的是，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，本設(shè)備、系統(tǒng)和方法可在脫離這些具體細(xì)節(jié)的情況下實(shí)施。說明書中對(duì)“示例”或類似用語的引用意指在該示例中如所述地包含結(jié)合該示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)或特性，但在其他示例中可不包含這些具體特征、結(jié)構(gòu)或特性。

參見圖1，示出了根據(jù)本文描述的原理的一個(gè)示例的增材制造系統(tǒng)(100)的框圖。增材制造系統(tǒng)(100)可包括增材制造裝置(105)、處理器(110)、誤差擴(kuò)散模塊(115)以及半色調(diào)化模塊(120)。裝置(105)接收描述待制作的三維對(duì)象的三維模型數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)在邏輯上被劃分為多個(gè)數(shù)據(jù)切片，每個(gè)數(shù)據(jù)切片表示三維對(duì)象的一水平層。每個(gè)數(shù)據(jù)切片可包括由數(shù)值表示的多個(gè)像素或體素。如果討論的是二維切片，則指的是像素。如果討論的是表示對(duì)象的三維層的切片，則指的是體素。

如上文討論的，對(duì)連續(xù)色調(diào)數(shù)據(jù)值進(jìn)行半色調(diào)化處理，其中將連續(xù)色調(diào)數(shù)據(jù)的每個(gè)體素中的每個(gè)值與閾值半色調(diào)矩陣相比較，該閾值半色調(diào)矩陣為每個(gè)體素提供閾值。如果切片中特定體素的連續(xù)色調(diào)值超出了該半色調(diào)矩陣中相同x和y位置處體素的閾值，則在三維對(duì)象的制作過程中，將在該位置沉積一定量的能量、構(gòu)造材料或流體。相反，當(dāng)特定體素的連續(xù)色調(diào)值沒有超出相同x和y位置處體素的閾值時(shí)，則不在對(duì)應(yīng)位置處沉積能量、構(gòu)造材料或流體。此外，如下文中將討論的，在后續(xù)切片的半色調(diào)化發(fā)生之前，可將補(bǔ)償誤差值增加到描述該后續(xù)切片的連續(xù)色調(diào)數(shù)據(jù)中。在一個(gè)示例中，該補(bǔ)償誤差值是負(fù)誤差值。此補(bǔ)償誤差值可用于補(bǔ)償三維對(duì)象的制作過程中可能發(fā)生的任何熱量或化學(xué)滲漏。如將在下文中討論的，隨著該切片的半色調(diào)矩陣的生成，還生成了包括這些補(bǔ)償誤差值的補(bǔ)償誤差值矩陣。

然后，半色調(diào)數(shù)據(jù)可由增材制造裝置(105)用于生成期望的對(duì)象。如所示，存在多種不同類型的增材制造。例如，裝置(105)可將黏結(jié)劑或聚結(jié)劑沉積到粉末狀構(gòu)造材料的層中，以形成對(duì)象的層。在另一些示例中，構(gòu)造材料的體素經(jīng)由擠壓機(jī)沉積到工作臺(tái)或基板上的構(gòu)造區(qū)域上，以形成對(duì)象的層。在另一些示例中，構(gòu)造材料可選擇性地經(jīng)受激光源的處理，引起該構(gòu)造材料的燒結(jié)。在又一些示例中，可輻照可在電磁輻射下凝固的樹脂，以使其硬化為待制作的對(duì)象的層。在這些示例中的每個(gè)示例中，根據(jù)經(jīng)由本文描述的方法生成的半色調(diào)數(shù)據(jù)，處理器(110)可引起材料的沉積或者構(gòu)造材料的聚結(jié)。

處理器(110)可包括硬件結(jié)構(gòu)以從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置(110)檢索可運(yùn)行代碼并且運(yùn)行該可運(yùn)行代碼。當(dāng)由處理器(110)運(yùn)行時(shí)，該可運(yùn)行代碼可引起處理器(110)至少實(shí)施以下功能：針對(duì)三維連續(xù)色調(diào)模型數(shù)據(jù)的多個(gè)切片中的切片生成半色調(diào)數(shù)據(jù)，基于所生成的半色調(diào)數(shù)據(jù)生成補(bǔ)償誤差值，將所生成的補(bǔ)償誤差值增加到后續(xù)切片的連續(xù)色調(diào)數(shù)據(jù)中，以及生成后續(xù)切片的半色調(diào)數(shù)據(jù)。

裝置(105)進(jìn)一步包括多個(gè)模塊，用于在三維模型數(shù)據(jù)的多個(gè)切片之間實(shí)施本文描述的矯正的誤差擴(kuò)散。裝置(105)內(nèi)的各種模塊可包括硬線連接邏輯，例如專用集成電路(ASIC)、可運(yùn)行程序代碼或者硬件和軟件的一些組合。在該示例中，各種模塊可存儲(chǔ)為分離的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品。在另一示例中，裝置(105)內(nèi)的各種模塊可在多個(gè)計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品內(nèi)組合；每個(gè)計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品包括多個(gè)該模塊。

當(dāng)由處理器(110)運(yùn)行時(shí)，誤差擴(kuò)散模塊(115)可以基于所生成的、三維模型數(shù)據(jù)的給定切片的半色調(diào)數(shù)據(jù)而生成補(bǔ)償誤差值。然后，誤差擴(kuò)散模塊(115)可逐個(gè)體素地、將此補(bǔ)償誤差數(shù)據(jù)擴(kuò)散或者增加到三維模型數(shù)據(jù)的后續(xù)切片的連續(xù)色調(diào)數(shù)據(jù)中。在一個(gè)示例中，只要具有x-y位置的半色調(diào)數(shù)據(jù)中的體素表明即將對(duì)該特定體素施加熱量、構(gòu)造材料或流體，則可將補(bǔ)償誤差值加到連續(xù)色調(diào)數(shù)據(jù)中相同x-y位置處的后續(xù)切片的連續(xù)色調(diào)數(shù)據(jù)中。后續(xù)切片中的相同x-y位置本文可被稱為“對(duì)應(yīng)體素”。在另一示例中，誤差擴(kuò)散模塊(115)可將補(bǔ)償誤差值擴(kuò)散到對(duì)應(yīng)體素以及與對(duì)應(yīng)體素相鄰的那些體素中。

半色調(diào)化模塊(120)可經(jīng)由處理器(110)針對(duì)三維模型中每個(gè)模型數(shù)據(jù)切片生成半色調(diào)數(shù)據(jù)。在半色調(diào)化過程中，當(dāng)特定體素的連續(xù)色調(diào)值超出閾值矩陣中對(duì)應(yīng)體素的閾值時(shí)，則還可能生成與該連續(xù)色調(diào)值超出閾值的量相等的誤差。此誤差值表示不能在該體素位置中沉積的流體。對(duì)于矩陣半色調(diào)化，此誤差被簡單地丟棄。通過使用誤差擴(kuò)散半色調(diào)化，此誤差被分割并加到還未被半色調(diào)化的鄰近的連續(xù)色調(diào)體素中。由此，除了生成上文所述補(bǔ)償誤差值之外，半色調(diào)化模塊(120)還生成半色調(diào)誤差。如下文中將討論的，補(bǔ)償誤差值被傳遞給三維模型數(shù)據(jù)的后續(xù)切片。在一個(gè)示例中，用于給定x-y體素坐標(biāo)的每個(gè)補(bǔ)償誤差值可包含由半色調(diào)化處理生成的對(duì)應(yīng)半色調(diào)誤差的一部分，而不是所有半色調(diào)誤差。由此，本說明書以及隨附權(quán)利要求書中使用的對(duì)應(yīng)半色調(diào)誤差的“一部分”意指半色調(diào)誤差中的一些而不是全部。

在操作過程中，經(jīng)由處理器(120)，裝置(105)使用半色調(diào)化模塊(120)針對(duì)三維對(duì)象的多個(gè)切片中第一切片生成第一半色調(diào)數(shù)據(jù)。然后，處理器(120)可使用誤差擴(kuò)散模塊(115)針對(duì)由表明在正生成的三維對(duì)象上沉積熱量、構(gòu)造材料或流體的半色調(diào)數(shù)據(jù)表示的每個(gè)體素而生成補(bǔ)償誤差值。在一個(gè)示例中，該補(bǔ)償誤差值可為可以補(bǔ)償在生成三維對(duì)象的過程中三維對(duì)象上發(fā)生的熱量散布或化學(xué)反應(yīng)的任意值。

然后，經(jīng)由處理器(110)，裝置(105)可逐個(gè)體素地將每個(gè)補(bǔ)償誤差值與三維模型數(shù)據(jù)的后續(xù)切片的連續(xù)色調(diào)值相結(jié)合。然后，處理器(110)可獲得與后續(xù)切片相關(guān)聯(lián)的增量的連續(xù)色調(diào)值，并且使用半色調(diào)化模塊(120)半色調(diào)化該增量的連續(xù)色調(diào)數(shù)據(jù)，以獲取后續(xù)切片的半色調(diào)數(shù)據(jù)。補(bǔ)償誤差值與后續(xù)切片的連續(xù)色調(diào)數(shù)據(jù)的相加導(dǎo)致三維模型數(shù)據(jù)的多個(gè)后續(xù)切片之間半色調(diào)數(shù)據(jù)的變化。本文描述的誤差擴(kuò)散半色調(diào)化過程中，半色調(diào)數(shù)據(jù)的變化將產(chǎn)生不同的網(wǎng)點(diǎn)圖案，這將有助于防止在三維對(duì)象的每個(gè)切片中的相同位置產(chǎn)生網(wǎng)點(diǎn)圖案缺陷。

在一個(gè)示例中，半色調(diào)化模塊(120)可實(shí)施非誤差擴(kuò)散半色調(diào)器，例如矩陣半色調(diào)器，其中由半色調(diào)化過程生成的任何誤差都被丟棄。在此示例中，半色調(diào)矩陣的起始位置可被移動(dòng)，以防止因正用于構(gòu)建三維對(duì)象的后續(xù)層的相同半色調(diào)數(shù)據(jù)的重復(fù)而重復(fù)出現(xiàn)缺陷。

圖2是根據(jù)本文描述的原理的一個(gè)示例的增材制造系統(tǒng)(200)的框圖。圖2包括與上文中參照?qǐng)D1描述的那些類似的處理器(210)、誤差擴(kuò)散模塊(235)以及半色調(diào)化模塊(220)。系統(tǒng)(200)還可包括增材制造裝置(205)和網(wǎng)絡(luò)裝置(235)。

在一個(gè)示例中，網(wǎng)絡(luò)裝置(235)可以經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)(240)可通信地連接至裝置(205)。在一個(gè)示例中，網(wǎng)絡(luò)裝置(235)可為向裝置(205)提供三維模型數(shù)據(jù)以打印代表該模型數(shù)據(jù)的三維復(fù)制品的任意計(jì)算裝置。在一個(gè)示例中，網(wǎng)絡(luò)是內(nèi)聯(lián)網(wǎng)、英特網(wǎng)或互聯(lián)網(wǎng)。一旦接收到數(shù)據(jù)，裝置(205)就經(jīng)由處理器(210)運(yùn)行上文中以及本文描述的可運(yùn)行代碼，以引起處理器(110)至少實(shí)施以下功能：針對(duì)三維連續(xù)色調(diào)模型數(shù)據(jù)的多個(gè)切片中的切片生成半色調(diào)數(shù)據(jù)，基于所生成的半色調(diào)數(shù)據(jù)生成補(bǔ)償誤差值，將所生成的補(bǔ)償誤差值的至少一部分加到后續(xù)切片的連續(xù)色調(diào)數(shù)據(jù)中，以及生成后續(xù)切片的半色調(diào)數(shù)據(jù)。

裝置(205)還可包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置(215)。該系統(tǒng)(200)中的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置(215)可存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，例如由處理器(210)或其他處理裝置運(yùn)行的可運(yùn)行程序代碼。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置(215)具體地可存儲(chǔ)表示多個(gè)應(yīng)用程序和模塊(235)的計(jì)算機(jī)代碼，處理器(210)運(yùn)行該應(yīng)用程序和模塊(235)以至少實(shí)施本文描述的功能。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置(215)還可具有與上文中結(jié)合該裝置(圖1，100)中的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置(圖1，110)而描述的特征類似的特征。

裝置(205)中的硬件適配器(225、230)使得處理器(210)能夠與裝置(205)外部和內(nèi)部的各種其他硬件元件交互。例如，外圍裝置適配器(230)可提供對(duì)輸入/輸出裝置的接口，輸入/輸出裝置例如為顯示裝置、鼠標(biāo)或鍵盤。外圍裝置適配器(230)還可提供對(duì)其他外部裝置的訪問，例如：外部存儲(chǔ)裝置；多個(gè)網(wǎng)絡(luò)裝置，例如服務(wù)器、交換器和路由器；客戶裝置；其他類型的計(jì)算裝置；及其組合。網(wǎng)絡(luò)適配器(240)可提供對(duì)例如上述網(wǎng)絡(luò)(240)內(nèi)的其他計(jì)算裝置的接口。這可使得裝置(205)與位于網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的其他裝置之間能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

沉積器(220)可為能夠?qū)⒘黧w或固體沉積到表面上的任意裝置。在一個(gè)示例中，沉積器(220)可為壓電打印頭或者熱噴墨打印頭。在此示例中，沉積的流體可為聚結(jié)劑，并且此聚結(jié)劑沉積到構(gòu)造材料層上，例如粉末狀的陶瓷、金屬或塑料構(gòu)造材料。因此，聚結(jié)劑可以以網(wǎng)點(diǎn)的形式沉積到構(gòu)造材料上，該網(wǎng)點(diǎn)表示如本文描述的那樣經(jīng)由處理器(210)通過半色調(diào)化模塊(123)生成的半色調(diào)數(shù)據(jù)。聚結(jié)劑可從例如微波源、紅外線光源或可見輻照源的能量源(240)接收能量，并將能量以熱量的形式轉(zhuǎn)移到介質(zhì)中，引起介質(zhì)變熱、熔融并聚結(jié)為連續(xù)物質(zhì)，然后在冷卻時(shí)固化。在一個(gè)示例中，來自能量源(240)的能量可同時(shí)被施加到三維對(duì)象的整個(gè)層上，從而引起層中所有聚結(jié)劑接收該能量。在另一示例中，能量可被施加到多個(gè)層上，從而引起各層中所有聚結(jié)劑接收該能量。在另一示例中，能量可被施加到該層的一部分上(相當(dāng)于不施加到整個(gè)層上)，從而引起該層的該部分中的所有聚結(jié)劑接收該能量。由此，這創(chuàng)建了三維對(duì)象層。

在其他示例中，沉積器(220)可受控以根據(jù)接收到的半色調(diào)數(shù)據(jù)沉積可硬化或凝固從而創(chuàng)建三維對(duì)象的任意流體。在另一示例中，沉積器(220)可根據(jù)接收到的半色調(diào)數(shù)據(jù)沉積多種不同的流體，這些流體彼此發(fā)生反應(yīng)或與構(gòu)造材料發(fā)生反應(yīng)并固化，從而生成三維對(duì)象的一部分。在再一示例中，沉積器(220)可受控，以根據(jù)接收到的半色調(diào)數(shù)據(jù)沉積可在紫外線輻照下凝固的材料，該材料將在施加了來自能量源(240)的UV輻照后固化。在又一示例中，沉積器(220)可受控，以根據(jù)接收到的半色調(diào)數(shù)據(jù)將粘合材料沉積到構(gòu)造材料上，該粘合材料將構(gòu)造材料的顆粒膠合在一起。在一個(gè)示例中，構(gòu)造材料可為陶瓷粉末、金屬、塑料、無機(jī)材料或者例如纖維增強(qiáng)塑料的復(fù)合材料，或者注入了聚合物的陶瓷。

裝置(205)可將沉積器(220)用作掃描沉積器或者頁寬陣列沉積器。在掃描沉積器的情況下，可允許沉積器(220)相對(duì)于介質(zhì)表面或者相對(duì)于噴射有流體的表面進(jìn)行掃描。在一個(gè)示例中，允許沉積器(220)沿著x-y軸平面移動(dòng)。在此示例中，沉積器(220)可受控在x軸上掃描。沉積器(220)還可受控在每次掃描之后沿y軸索引，直至已覆蓋打印區(qū)域的整個(gè)表面。在另一示例中，支撐部(其上正在構(gòu)建三維對(duì)象)可在每次掃描之后沿y軸索引，直至已覆蓋打印區(qū)域的整個(gè)表面。在頁寬陣列沉積器中，充當(dāng)單個(gè)沉積器(220)的多個(gè)沉積器(220)或者多組沉積器(220)在至少一個(gè)維度上覆蓋打印區(qū)域。在此示例中，頁寬沉積器的單次掃描可覆蓋整個(gè)打印區(qū)域，從而可增加三維對(duì)象的生成速度。在頁寬陣列的情況下，流體所沉積的表面可相對(duì)于頁寬陣列移動(dòng)。由此，本說明書預(yù)想到了采用用于沉積流體從而生成三維對(duì)象的任意類型的沉積器(220)。

能量源(240)可對(duì)構(gòu)造材料施加能量以聚結(jié)、燒結(jié)或熔融該構(gòu)造材料。因此，能量源(240)還可根據(jù)接收到的半色調(diào)數(shù)據(jù)對(duì)構(gòu)造材料施加能量以聚結(jié)該構(gòu)造材料。

圖3是示出了根據(jù)本文描述的原理的一個(gè)示例的、用于擴(kuò)散三維連續(xù)色調(diào)模型數(shù)據(jù)中的誤差的方法的流程圖。該方法可起始于：針對(duì)三維連續(xù)色調(diào)模型數(shù)據(jù)的多個(gè)切片中的切片生成(305)半色調(diào)數(shù)據(jù)。在一個(gè)示例中，半色調(diào)數(shù)據(jù)是經(jīng)由處理器使用誤差擴(kuò)散半色調(diào)化生成的，該處理器實(shí)施例如改進(jìn)的弗洛伊德-斯坦伯格(floyd-steinberg)算法。誤差擴(kuò)散半色調(diào)化包括：接收連續(xù)色調(diào)數(shù)據(jù)，其表示三維模型數(shù)據(jù)的二維切片的多個(gè)像素或體素；將每個(gè)體素的連續(xù)色調(diào)數(shù)據(jù)值與對(duì)應(yīng)的體素閾值進(jìn)行比較，以確定是否應(yīng)放置流體或構(gòu)造材料的網(wǎng)點(diǎn)或者來自能量源的能量；如果連續(xù)色調(diào)值超出閾值，則從連續(xù)色調(diào)值中減去該閾值，并將通常被稱為“半色調(diào)誤差”的此差值擴(kuò)散到每個(gè)給定體素的鄰近體素中。誤差值的擴(kuò)散是通過將該誤差的一部分分布并加到三維模型數(shù)據(jù)的當(dāng)前切片中還未半色調(diào)化的鄰近體素的連續(xù)色調(diào)值中而完成的。

該方法可繼續(xù)執(zhí)行：基于所生成的半色調(diào)數(shù)據(jù)生成(310)補(bǔ)償誤差值。如上所述，補(bǔ)償誤差值是基于所生成的半色調(diào)值而生成的，即：只要該半色調(diào)數(shù)據(jù)表明在增材制造過程中即將施加或沉積能量、構(gòu)造材料或者流體，就生成(310)補(bǔ)償誤差。在一個(gè)示例中，補(bǔ)償誤差值是負(fù)誤差值。

然后，該方法可繼續(xù)執(zhí)行：將所生成的補(bǔ)償誤差值加到(310)三維模型數(shù)據(jù)中后續(xù)切片的連續(xù)色調(diào)數(shù)據(jù)中。在一個(gè)示例中，將特定體素的所有誤差都加到后續(xù)切片的連續(xù)色調(diào)數(shù)據(jù)中的對(duì)應(yīng)體素中。在另一個(gè)示例中，可將部分誤差擴(kuò)散到或加到后續(xù)切片的對(duì)應(yīng)體素位置中以及對(duì)應(yīng)體素的每個(gè)鄰近體素中。在又一個(gè)示例中，上文所述的半色調(diào)誤差值的至少一部分可與補(bǔ)償誤差值相結(jié)合并被加到(215)后續(xù)切片的連續(xù)色調(diào)數(shù)據(jù)中的對(duì)應(yīng)體素中。

在若干增材制造過程中，連續(xù)色調(diào)和半色調(diào)數(shù)據(jù)代表即將施加能量或能量吸收材料以引起對(duì)象固化。在另一些增材制造過程中，該數(shù)據(jù)可代表可與其他化學(xué)物質(zhì)結(jié)合從而引起構(gòu)造材料的一部分固化的化學(xué)催化物或化學(xué)反應(yīng)物的量。如上所述，聚結(jié)用于構(gòu)建三維對(duì)象的材料所使用的能量或化學(xué)物質(zhì)可能會(huì)以不期望的方式散布到對(duì)象的其他部分中，引起超出對(duì)象尺寸的額外固化。雖然可通過添加有助于防止這種散布的改性劑來緩解這些影響，但仍可能發(fā)生誤差。由此，在誤差擴(kuò)散半色調(diào)化過程中這種多余的能量或反應(yīng)可由補(bǔ)償誤差值表示。

方法(300)還可包括：生成后續(xù)切片的半色調(diào)數(shù)據(jù)?？梢酝ㄟ^類似于先前切片的方式生成后續(xù)切片的半色調(diào)數(shù)據(jù)，并且還可包括生成誤差值?？赏ㄟ^將先前切片的補(bǔ)償誤差加到后續(xù)切片的連續(xù)色調(diào)數(shù)據(jù)中來對(duì)三維模型數(shù)據(jù)的所有切片都繼續(xù)執(zhí)行所描述的過程，直至所有切片都已接收到補(bǔ)償誤差并且已被半色調(diào)化。

該方法還可包括：繼續(xù)執(zhí)行打印進(jìn)程以生成三維對(duì)象層。在一個(gè)示例中，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置(圖2，215)可存儲(chǔ)連續(xù)色調(diào)數(shù)據(jù)、半色調(diào)數(shù)據(jù)、半色調(diào)誤差值和補(bǔ)償誤差值，以供處理器(圖1，110；圖2，210)、誤差擴(kuò)散模塊(圖1，115；圖2，235)和半色調(diào)化模塊(圖1，120；圖2，220)使用。在三維對(duì)象的各個(gè)層的打印過程中，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置(圖2，215)可充當(dāng)緩沖器，以使得可在如本方法所描述的那樣處理三維模型數(shù)據(jù)的切片的同時(shí)打印三維對(duì)象層。

在一個(gè)示例中，在將補(bǔ)償誤差值加到每個(gè)后續(xù)層中之前，使補(bǔ)償誤差值經(jīng)歷衰減函數(shù)。衰減函數(shù)減少給定距離上任意給定誤差的影響，從而減少一個(gè)切片的誤差值對(duì)相比于緊接著的切片離該切片更遠(yuǎn)的切片的影響。在一個(gè)示例中，當(dāng)該影響只是局限于三維對(duì)象的下一切片時(shí)，在先前切片中生成的誤差值可被寫入到初始空白的二維陣列中，而不是將其加到先前值中并且使用衰減函數(shù)。

在上述半色調(diào)化過程的一些示例中，當(dāng)使用負(fù)誤差值時(shí)，先前層中具有相對(duì)較多量網(wǎng)點(diǎn)的區(qū)域中的網(wǎng)點(diǎn)數(shù)量會(huì)發(fā)生減少。在一個(gè)示例中，當(dāng)使用聚結(jié)劑和陶瓷粉末時(shí)，可觀察到，在三維對(duì)象的第二切片中，沉積在構(gòu)造材料上的聚結(jié)劑的濃度減少了。這是因?yàn)楦邼舛鹊木劢Y(jié)劑可吸收并發(fā)射額外的熱量給周圍的構(gòu)造材料，并且當(dāng)確定在第二切片或后續(xù)切片上沉積多少聚結(jié)劑時(shí)、本文描述的誤差擴(kuò)散半色調(diào)化過程可將此額外的熱量考慮在內(nèi)。

圖4是示出了根據(jù)本文描述的原理的一個(gè)示例的、用于生成補(bǔ)償誤差矩陣的方法(400)的框圖。在半色調(diào)化過程中，向增材制造裝置(105)的處理器(110)提供連續(xù)色調(diào)矩陣(405)，其描述來自三維模型的模型數(shù)據(jù)切片的連續(xù)色調(diào)值。還向處理器(110)提供閾值矩陣(410)，其中連續(xù)色調(diào)矩陣(405)中的任意給定體素的值與該閾值矩陣(410)進(jìn)行比較。比較的結(jié)果被稱為半色調(diào)矩陣(415)。具體地，連續(xù)色調(diào)矩陣(405)和閾值矩陣(410)均具有與其相應(yīng)矩陣(405、410)中的每個(gè)體素相關(guān)聯(lián)的數(shù)值。當(dāng)連續(xù)色調(diào)矩陣(405)中的體素的值超出閾值矩陣(410)中對(duì)應(yīng)的x、y體素的閾值時(shí)，半色調(diào)矩陣(415)中對(duì)應(yīng)的x、y體素表明：即將在該體素中放置能量、流體或構(gòu)造材料。反之亦然。具體地，當(dāng)連續(xù)色調(diào)矩陣(405)中的體素的值沒有超出閾值矩陣(410)中對(duì)應(yīng)的x、y體素的閾值時(shí)，半色調(diào)矩陣(415)中對(duì)應(yīng)的x、y體素表明：將不在該體素中放置能量、流體或構(gòu)造材料。

根據(jù)本文描述的原理的一個(gè)示例，在生成半色調(diào)矩陣(415)的同時(shí)也生成補(bǔ)償誤差矩陣(420)。在此示例中，從連續(xù)色調(diào)矩陣(405)中每個(gè)對(duì)應(yīng)體素的值中減去閾值矩陣(410)中每個(gè)體素的值。對(duì)于每次運(yùn)算，將要么呈現(xiàn)負(fù)值、要么呈現(xiàn)正值。當(dāng)體素中的連續(xù)色調(diào)值超出對(duì)應(yīng)體素的閾值時(shí)，呈現(xiàn)負(fù)值。當(dāng)體素中的連續(xù)色調(diào)值沒有超出對(duì)應(yīng)體素的閾值時(shí)，呈現(xiàn)正值。生成的值被放置到補(bǔ)償誤差矩陣(420)中對(duì)應(yīng)的體素位置中。

其結(jié)果是，將在第一切片的任意給定體素中放置能量、流體或構(gòu)造材料的程度在補(bǔ)償誤差矩陣(420)中映射出來。如下文中將討論的，將補(bǔ)償誤差矩陣(420)中的至少負(fù)值加到后續(xù)切片(425)的對(duì)應(yīng)連續(xù)色調(diào)值中?？蓪?duì)后續(xù)切片(425)執(zhí)行如上所述的過程，區(qū)別在于：后續(xù)切片(425)的連續(xù)色調(diào)數(shù)據(jù)當(dāng)前已通過補(bǔ)償誤差矩陣(420)中的值而增量。

上文中關(guān)于如何獲得補(bǔ)償誤差值的描述僅是一個(gè)示例。本說明書預(yù)想到了使用任意算法來確定補(bǔ)償誤差矩陣，其中切片的每個(gè)體素具有單獨(dú)的補(bǔ)償誤差值。在一個(gè)示例中，可使用弗洛伊德-斯坦伯格抖動(dòng)算法，將體素的任意殘留量化誤差推進(jìn)或加到后續(xù)切片(425)的連續(xù)色調(diào)矩陣內(nèi)的對(duì)應(yīng)體素值中。

在又一示例中，可通過以經(jīng)驗(yàn)為主地創(chuàng)建物理三維對(duì)象并且測量構(gòu)造該對(duì)象時(shí)產(chǎn)生的熱量的量或流體的散布來確定補(bǔ)償誤差值。測量值可用于通過確定在三維對(duì)象的后續(xù)制作過程中需要補(bǔ)償多少熱量或流體滲漏，來確定補(bǔ)償誤差值。這些值可呈現(xiàn)在查找表中以供參考。

圖5是示出根據(jù)本文描述的原理的另一示例的、用于擴(kuò)散三維連續(xù)色調(diào)模型數(shù)據(jù)中的誤差的方法的流程圖。方法(500)可起始于：針對(duì)三維連續(xù)色調(diào)模型數(shù)據(jù)的多個(gè)切片中的切片生成(505)半色調(diào)數(shù)據(jù)，其中半色調(diào)數(shù)據(jù)的生成進(jìn)一步生成了半色調(diào)誤差值。在一個(gè)示例中，半色調(diào)化過程可實(shí)施誤差擴(kuò)散半色調(diào)器。

方法(500)可繼續(xù)執(zhí)行：基于所生成的半色調(diào)數(shù)據(jù)生成(510)補(bǔ)償誤差值。通過確定半色調(diào)數(shù)據(jù)是否已表明是否即將在該處施加或沉積能量、構(gòu)造材料或流體，可如上所述生成補(bǔ)償誤差值。補(bǔ)償誤差值可補(bǔ)償可能發(fā)生的任何能量或反應(yīng)物滲漏。

方法(500)可繼續(xù)執(zhí)行：將半色調(diào)誤差值的一部分加到(515)補(bǔ)償誤差值中以得到增量的誤差值。如上所述，將半色調(diào)誤差的一部分而非全部加到該補(bǔ)償誤差值中。

然后，方法(500)可繼續(xù)執(zhí)行：將增量的誤差值加到(520)后續(xù)切片的連續(xù)色調(diào)數(shù)據(jù)中，并且生成(525)后續(xù)切片的半色調(diào)數(shù)據(jù)。

在本文中參照根據(jù)本文描述的原理的示例的方法、設(shè)備(系統(tǒng))和計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品的流程示意圖和/或框圖描述了本系統(tǒng)(100、200)和方法(300、500)的各方面。流程示意圖和框圖中的每個(gè)框以及流程示意圖和框圖中各框的組合可通過計(jì)算機(jī)可用程序代碼實(shí)施。計(jì)算機(jī)可用程序代碼可被提供給通用計(jì)算機(jī)、專用計(jì)算機(jī)或者其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備的處理器，以生成機(jī)器，從而使得當(dāng)經(jīng)由例如裝置(100、205)的處理器(圖1，110；圖2，210)或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備運(yùn)行時(shí)，該計(jì)算機(jī)可用程序代碼可實(shí)施在流程圖和/或框圖的一個(gè)或多個(gè)框中指明的功能或動(dòng)作。在一個(gè)示例中，計(jì)算機(jī)可用程序代碼可被嵌入計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)中；計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)為計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品的一部分。在一個(gè)示例中，計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)是非暫態(tài)計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)。

具體地，上文中提及的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品可包括：計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，包括嵌入的計(jì)算機(jī)可用程序代碼，該計(jì)算機(jī)可用程序代碼包括當(dāng)由處理器(圖1，110；圖2，210)運(yùn)行時(shí)、執(zhí)行以下功能的計(jì)算機(jī)可用程序代碼：針對(duì)三維連續(xù)色調(diào)模型數(shù)據(jù)的多個(gè)切片中的切片生成半色調(diào)數(shù)據(jù)，基于所生成的半色調(diào)數(shù)據(jù)生成補(bǔ)償誤差值，將所生成的補(bǔ)償誤差值加到后續(xù)切片的連續(xù)色調(diào)數(shù)據(jù)中，以及生成后續(xù)切片的半色調(diào)數(shù)據(jù)。計(jì)算機(jī)可用程序代碼可包括實(shí)施上述方法的特定指令。

本說明書和附圖描述了三維連續(xù)色調(diào)模型數(shù)據(jù)中的誤差擴(kuò)散?？缮扇S對(duì)象的多個(gè)切片的半色調(diào)數(shù)據(jù)，并且可基于該半色調(diào)數(shù)據(jù)生成補(bǔ)償誤差值，以使得在一個(gè)示例中，后續(xù)數(shù)據(jù)切片的任意半色調(diào)數(shù)據(jù)代表：位于定義此次施加或放置的先前半色調(diào)數(shù)據(jù)所在區(qū)域上方的區(qū)域中的不同能量或者不同構(gòu)造材料或流體密度。三維連續(xù)色調(diào)模型數(shù)據(jù)中的誤差擴(kuò)散可具有多個(gè)優(yōu)勢，包括：防止所生成的半色調(diào)數(shù)據(jù)中的固有誤差在三維對(duì)象的多個(gè)層中的相同位置處重復(fù)出現(xiàn)，從而防止三維對(duì)象中的可見或結(jié)構(gòu)缺陷。此外，貫穿對(duì)象多個(gè)切片的半色調(diào)圖案化工藝在用于形成該對(duì)象的能量的施加和構(gòu)造材料或流體的沉積之間形成更一致的間隔，這又改善了正通過增材制造系統(tǒng)創(chuàng)建的對(duì)象的均質(zhì)性。更進(jìn)一步地，本文描述的方法調(diào)節(jié)了任意給定三維對(duì)象可能經(jīng)歷凝固或能量施加的區(qū)域的數(shù)量，從而防止各部分因能量或化學(xué)擴(kuò)散而過度凝固或聚結(jié)。

前述說明書已經(jīng)例示并描繪了本文描述的原理的示例。此說明書不旨在窮舉或?qū)⑦@些原理限定至所公開的任意精確形式。鑒于上述教導(dǎo)，許多修改和變型是可能的。