【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于控制增材制造的系统和方法相关申请本申请基于并要求2016年9月6日提交的序列号为62/383,801的；2016年11月4日提交的序列号为62/417,709的；2017年1月24日提交的序列号为62/449,899的；2017年2月15日提交的序列号为62/459,398的；以及2017年6月29日提交的序列号为62/526,448的美国临时申请的优先权，其全部内容通过引用明确地并入本文。
本公开总体上涉及制造控制系统，并且更具体地涉及用于控制增材制造的系统和方法。
技术介绍
传统的增材制造是通过在计算机的引导控制下沉积重叠的材料层来创建三维部件的过程。增材制造的常见形式称为熔融沉积成型(FDM)。使用FDM，热塑性塑料在加热的打印头内通过并液化。当材料从打印头排出时，打印头以预定轨迹(也就是工具路径)移动，使得材料以特定图案和重叠的二维层的形状铺设。离开打印头后，材料冷却并硬化成最终形式。最终形式的强度主要是由于供给到打印头的特定热塑性塑料的性质和由二维层堆叠形成的三维形状。对传统FDM制造最近开发的改进涉及使用嵌入从打印头排出的材料中的连续纤维。特别地，将基质供给到打印头并同时与一个或多个通过同一个头的连续纤维一起排出(例如挤出和/或拉挤)。基质可以是传统的热塑性塑料、粉末金属、液体基质(例如，UV可固化和/或双组分树脂)，或这些和任何其他已知基质的组合。在离开打印头时，启用固化增强器(例如，UV光、超声发射器、热源、催化剂供给等)以引发和/或完成基质的固化。这种固化几乎立即发生，允许在自由空间中制造无支撑结构。并且当纤维、特别是连续纤维嵌入结构...
【技术保护点】
1.一种用于增材制造结构的系统，包括：增材制造机器；存储器，其上存储有计算机可执行指令；以及处理器，其被配置为执行所述计算机可执行指令以：使所述增材制造机器排出复合材料的路径；作出有关在位于复合材料的路径一侧存在支撑的确定；以及选择性地使所述增材制造机器用基于所述确定的可变压力压实排出之后的所述复合材料的路径。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.09.06 US 62/383,801;2016.11.04 US 62/417,709;1.一种用于增材制造结构的系统，包括：增材制造机器；存储器，其上存储有计算机可执行指令；以及处理器，其被配置为执行所述计算机可执行指令以：使所述增材制造机器排出复合材料的路径；作出有关在位于复合材料的路径一侧存在支撑的确定；以及选择性地使所述增材制造机器用基于所述确定的可变压力压实排出之后的所述复合材料的路径。2.根据权利要求1所述的系统，其中所述处理器被配置为执行所述计算机可执行指令以选择性地使所述增材制造机器在所述复合材料的路径沿至少一侧被支撑时以更高的压力压实所述复合材料的路径。3.根据权利要求2所述的系统，其中所述处理器被配置为执行所述计算机可执行指令以使所述增材制造机器在穿过所述复合材料朝向所述支撑的方向上压实所述复合材料的路径。4.根据权利要求2所述的系统，其中所述处理器被配置为执行所述计算机可执行指令以使所述增材制造机器：在所述复合材料的路径不受支撑时以低于约1psi的压力压实所述复合材料的路径；以及在所述复合材料的路径沿至少一侧被支撑时以大于约1psi的压力压实所述复合材料的路径。5.根据权利要求2所述的系统，其中所述处理器被配置为执行所述计算机可执行指令以：当所述复合材料的路径不受支撑时，激活所述增材制造机器的第一压实机；以及当所述复合材料的路径沿至少一侧被支撑时，激活所述增材制造机器的第二压实机。6.根据权利要求1所述的系统，其中所述处理器被配置为执行所述计算机可执行指令以仅在所述结构的制造计划规定压实时使所述增材制造机器压实排出之后的所述复合材料的路径。7.根据权利要求1所述的系统，其中所述处理器被配置为执行所述计算机可执行指令以基于相邻路径之间的步长、所述复合材料的密度、所述复合材料的类型、以及所述复合材料的固化水平中的至少一个选择性地使所述增材制造机器压实排出之后的所述复合材料的路径。8.根据权利要求1所述的系统，其中所述处理器被配置为执行所述计算机可执行指令以基于所述复合材料的路径的扫描图像选择性地使所述增材制造机器压实排出之后的所述复合材料的路径。9.根据权利要求1所述的系统，其中所述处理器被配置为执行所述计算机可执行指令以基于规定使用支撑的所述结构的制造计划和显示支撑的所述复合材料的路径的扫描图像中的至少一个来作出有关位于所述复合材料的路径一侧存在支撑的确定。10.一种用增材制造机器制造结构的方法，所述方法包括：使增材制造机器排出复合材料的路径；作出有关位于复合材料的路径一侧存在支撑的确定；以及选择性地使所述增材制造机器用基于所述确定的可变压力压实排出之后的所述复合材料的路径。11.根据权利要求10所述的方法，其中选择性地使所述增材制造机器压实所述复合材料的路径包括选择性地使所述增材制造机器在所述复合材料的路径沿至少一侧被支撑时用更高的压力压实所述复合材料的路径。12.根据权利要求11所述的方法，其中选择性地使所述增材制造机器压实所述复合材料的路径包括选择性地使所述增材制造机器在通过所述复合材料朝向所述支撑的方向上压实所述复合材料的路径。13.根据权利要求11所述的方法，其中选择性地使所述增材制造机器压实所述复合材料的路径包括选择性地使所述增材制造机器：在所述复合材料的路径不受支撑时以低于约1psi的压力压实所述复合材料的路径；以及在所述复合材料的路径沿至少一侧被支撑时以大于约1psi的压力压实所述复合材料的路径。14.根据权利要求11所述的方法，其中选择性地使所述增材制造机器压实所述复合材料的路径包括：当所述复合材料的路径不被支撑时，选择性地激活所述增材制造机器的第一压实机；以及当所述复合材料的路径沿着至少一侧被支撑时，选择性地激活所述增材制造机器的第二压实机。15.根据权利要求10所述的方法，选择性地使所述增材制造机器压实所述复合材料的路径包括选择性地使所述增材制造机器仅在所述结构的制造计划规定压实时压实所述复合材料的路径。16.根据权利要求10所述的方法，其中选择性地使所述增材制造机器压实所述复合材料的路径包括基于相邻路径之间的步长、复合材料的密度、复合材料的类型和复合材料的固化水平中的至少一个选择性地使所述增材制造机器压实所述复合材料的路径。17.根据权利要求10所述的方法，其中选择性地使所述增材制造机器压实所述复合材料的路径包括基于所述复合材料的路径的扫描图像选择性地使所述增材制造机器压实所述复合材料的路径。18.根据权利要求10所述的方法，其中作出有关位于所述复合材料的路径一侧存在支撑的确定包括基于规定使用支撑的所述结构的制造计划和显示支撑的所述复合材料的路径的扫描图像中的至少一个来作出有关位于所述复合材料的路径一侧存在支撑的确定。19.一种非暂时性计算机可读介质，包含用于执行增材制造结构的方法的计算机可执行编程指令，所述方法包括：使增材制造机器排出复合材料的路径；作出有关位于复合材料的路径一侧存在支撑的确定；以及选择性地使所述增材制造机器在所述复合材料的路径沿至少一侧被支撑时在通过所述复合材料朝向所述支撑的方向用更高的压力压实排出之后的所述复合材料的路径。20.根据权利要求19所述的非暂时性计算机可读介质，其中选择性地使所述增材制造机器压实所述复合材料的路径包括基于相邻路径之间的步长、复合材料的密度、复合材料的类型和复合材料的固化水平中的至少一个选择性地使所述增材制造机器压实所述复合材料的路径。21.一种用于增材制造结构的系统，包括：增材制造机器；存储器，其上存储有计算机可执行指令；以及处理器，其被配置为执行所述计算机可执行指令以：使所述增材制造机器排出复合材料的路径，所述复合材料包括连续纤维和至少部分涂覆所述连续纤维的基质；在排出期间监测所述连续纤维内的能量水平；基于能量水平的降低，作出所述连续纤维已失去连续性的确定；以及基于所述确定选择性地中断排出。22.根据权利要求21所述的系统，其中所述能量水平是经过所述连续纤维的电流。23.根据权利要求21所述的系统，其中所述能量水平是经过所述连续纤维的光。24.根据权利要求21所述的系统，还包括：输出装置，其位于所述复合材料的路径的锚定处；以及输入装置，其位于所述连续纤维的供给处，其中所述处理器还被配置为执行计算机可执行指令以：使输出装置生成能量水平；以及使输入装置监测能量水平。25.根据权利要求21所述的系统，其中所述能量水平与所述连续纤维中的张力水平相关联。26.根据权利要求25所述的系统，其中：所述增材制造机器包括喷嘴，所述喷嘴被配置成在所述复合材料的路径的排出期间以多个维度移动；所述系统还包括：第一输入装置，其被配置成跟踪喷嘴移动的距离；以及第二输入装置，其被配置成跟踪供给到所述喷嘴的连续纤维的长度；并且处理器还被配置为执行计算机可执行指令以基于由所述喷嘴移动的距离与供给到所述喷嘴的连续纤维的长度之间的差异来确定所述能量水平的降低。27.根据权利要求26所述的系统，其中所述处理器还被配置为执行所述计算机可执行指令以在所述喷嘴移动的距离大于供给到所述喷嘴的连续纤维的长度至少一个阈值量时确定所述连续纤维已断开。28.根据权利要求27所述的系统，其中所述处理器还被配置为执行所述计算机可执行指令以在所述喷嘴移动的距离小于供给到所述喷嘴的连续纤维的长度至少一个阈值量时确定所述连续纤维在所述喷嘴内聚集。29.根据权利要求25所述的系统，其中当所述处理器确定所述连续纤维内的张力减小已经发生且小于与所述连续纤维的断开相关联的阈值量时，所述处理器还被配置为执行所述计算机可执行指令以使所述增材制造机器增加连续纤维中的张力。30.根据权利要求29所述的系统，其中所述处理器还被配置为执行所述计算机可执行指令以使所述增材制造机器通过增加喷嘴行进速度来增加所述连续纤维中的张力。31.根据权利要求21所述的系统，其中所述处理器还被配置为执行所述计算机可执行指令以在所述处理器确定所述连续纤维中的连续性失去已经发生时使所述增材制造机器实施所述连续纤维的修复。32.一种用增材制造机器制造结构的方法，所述方法包括：使增材制造机器排出复合材料的路径，所述复合材料包括连续纤维和至少部分涂覆所述连续纤维的基质；在排出期间监测所述连续纤维内的能量水平；基于所述能量水平的降低作出确定所述连续纤维已失去连续性；以及基于所述确定选择性地中断排出。33.根据权利要求32所述的方法，其中所述能量水平是经过所述连续纤维的电流。34.根据权利要求32所述的方法，其中所述能量水平是经过所述连续纤维的光。35.根据权利要求32所述的方法，还包括：将能量引入所述连续纤维的第一端；以及监测连续纤维第二端处的能量水平。36.根据权利要求32所述的方法，其中所述能量水平与所述连续纤维中的张力水平相关联。37.根据权利要求36所述的方法，其中：所述增材制造机器包括喷嘴，所述喷嘴被配置成在所述复合材料的路径的排出期间以多个维度移动；以及所述方法还包括：跟踪所述喷嘴移动的距离；以及跟踪供给到喷嘴的连续纤维的长度，其中确定能量水平的降低包括基于由所述喷嘴移动的距离和供给到所述喷嘴的连续纤维的长度之间的差异来确定所述能量水平的降低。38.一种非暂时性计算机可读介质，包含用于执行增材制造结构的方法的计算机可执行编程指令，所述方法包括：使增材制造机器排出复合材料的路径，所述复合材料包括连续纤维和至少部分涂覆所述连续纤维的基质；在排出期间监测所述连续纤维内的能量水平；基于所述能量水平的降低作出确定所述连续纤维已失去连续性；以及基于所述确定选择性地中断排出。39.根据权利要求38所述的非暂时性计算机可读介质，其中所述能量水平是经过所述连续纤维的电流、经过所述连续纤维的光和所述连续纤维内的张力水平之一。40.根据权利要求38所述的非暂时性计算机可读介质，其中：所述增材制造机器包括喷嘴，所述喷嘴被配置成在所述复合材料的路径的排出期间以多个维度移动；以及所述方法还包括：跟踪所述喷嘴移动的距离；以及跟踪供给到所述喷嘴的连续纤维的长度，其中确定能量水平的降低包括基于由所述喷嘴移动的距离和供给到所述喷嘴的连续纤维的长度之间的差异来确定能量水平的降低。41.一种用于增材制造结构的系统，包括：增材制造机器；存储器，其上存储有计算机可执行指令；以及处理器，其被配置为执行计算机可执行指令以：使增材制造机器排出复合材料的路径；将所述复合材料的路径的实际排出位置与期望排出位置进行比较；以及基于所述比较选择性地使所述增材制造机器中止所述结构的制造或调节排出参数。42.根据权利要求41所述的系统，其中所述处理器还被配置为执行所述计算机可执行指令以在所述实际排出位置落在位于所述期望排出位置周围的第一公差区之外时使所述增材制造机器中止所述结构的制造。43.根据权利要求42所述的系统，其中所述处理器还被配置为执行所述计算机可执行指令以在所述实际排出位置落在位于所述期望排出位置周围的第二公差区之外且在所述第一公差区之内时使所述增材制造机器调节排出参数。44.根据权利要求40所述的系统，其中：所述复合材料包括至少部分被涂覆在基质中的连续纤维；以及所述实际排出位置包括连续纤维的轴线的位置。45.根据权利要求44所述的系统，其中所述实际排出位置还包括围绕所述连续纤维的所述基质的横截面形状和尺寸中的至少一个。46.根据权利要求41所述的系统，其中所述排出参数包括头部轨迹。47.根据权利要求41所述的系统，其中所述排出参数包括基质排出速度。48.根据权利要求41所述的系统，其中所述排出参数包括基质固化速度。49.根据权利要求41所述的系统，其中：所述增材制造机器包括扫描器，所述扫描器被配置成生成在排出期间所述复合材料的路径的图像；以及处理器还被配置为执行计算机可执行指令以基于所述图像确定实际排出位置。50.一种用增材制造机器制造结构的方法，所述方法包括：使增材制造机器排出复合材料的路径；将所述复合材料的路径的实际排出位置与期望排出位置进行比较；以及基于所述比较选择性地使所述增材制造机器中止所述结构的制造或调节排出参数。51.根据权利要求50所述的方法，其中选择性地使所述增材制造机器中止所述结构的制造包括在所述实际排出位置落在位于所述期望排出位置周围的第一公差区之外时使所述增材制造机器中止所述结构的制造。52.根据权利要求51所述的方法，其中选择性地使所述增材制造机器调节排出参数包括在所述实际排出位置落在位于所述期望排出位置周围的第二公差区之外且在所述第一公差区之内时使所述增材制造机器调节排出参数。53.根据权利要求50所述的方法，其中：所述复合材料包括至少部分被涂覆在基质中的连续纤维；以及所述实际排出位置包括连续纤维的轴线的位置。54.根据权利要求53所述的方法，其中所述实际排出位置还包括围绕所述连续纤维的所述基质的横截面形状和尺寸中的至少一个。55.根据权利要求50所述的方法，其中所述排出参数包括头部轨迹。56.根据权利要求50所述的方法，其中所述排出参数包括基质排出速度。57.根据权利要求50所述的方法，其中所述排出参数包括基质固化速度。58.根据权利要求50所述的方法，还包括生成在排出期间所述复合材料的路径的图像，其中确定实际排出位置包括基于所述图像确定实际排出位置。59.一种非暂时性计算机可读介质，包含用于执行增材制造结构的方法的计算机可执行编程指令，所述方法包括：使增材制造机器排出复合材料的路径，所述复合材料包括至少部分地被涂覆在基质中的连续纤维；将所述连续纤维的轴线位置和围绕连续纤维的基质的横截面形状和尺寸中的至少一个与期望排出位置进行比较；当所述轴线位置和围绕连续纤维的基质的横截面形状和尺寸中的至少一个的其中之一落在位于所述期望排出位置周围的第一公差区之外时使所述增材制造机器中止所述结构的制造；以及当所述轴线位置和围绕连续纤维的基质的横截面形状和尺寸中的至少一个的其中之一落在位于所述期望排出位置周围的第二公差区之外且在所述第一公差区之内时使所述增材制造机器调节排出参数。60.根据权利要求59所述的非暂时性计算机可读介质，其中所述排出参数包括头部轨迹、基质排出速度和基质固化速度中的至少一个。61.一种用于增材制造结构的系统，包括：增材制造机器；存储器，其上存储有计算机可执行指令；以及处理器，其被配置为执行计算机可执行指令以：作出与所述结构是性能关键部件相关联的确定；基于所述确定，选择性地实施第一切片技术或第二切片技术，以将所述结构的虚拟模型划分为多个平面；以及使所述增材制造机器将复合材料沉积在与多个平面相对应的层中。62.根据权利要求61所述的系统，其中所述处理器还被配置为执行所述计算机可执行指令以：接收指示所述结构的预期负载条件和性能规范中的至少一个的输入；以及基于所述输入作出所述确定。63.根据权利要求61所述的系统，其中所述第一切片技术用于产生所述多个平面，所述多个平面允许所述增材制造机器有效地沉积所述复合材料。64.根据权利要求63所述的系统，其中使用所述第一切片技术生成的所述多个平面大致是平行的和重叠的。65.根据权利要求64所述的系统，其中所述处理器还被配置为执行所述计算机可执行指令以在使用所述第一切片技术生成的所述多个平面中的每个平面上生成至少一个工具路径，在所述复合材料的排出期间所述增材制造机器遵循所述工具路径，所述至少一个工具路径从使用所述第一切片技术生成的多个平面中的每个平面的大致中心向外成螺旋形。66.根据权利要求65所述的系统，其中所述处理器还被配置为执行所述计算机可执行指令以按照顺序组织所述多个平面和所述至少一个工具路径，在所述复合材料的排出期间所述增材制造机器遵循所述顺序。67.根据权利要求63所述的系统，其中使用所述第二切片技术生成的所述多个平面基于预期穿过所述结构的力而定向。68.根据权利要求67所述的系统，其中所述处理器还被配置为执行所述计算机可执行指令以在使用所述第二切片技术生成的所述多个平面中的每个平面上生成至少一个工具路径，在所述复合材料的排出期间所述增材制造机器遵循所述工具路径，使用所述第二切片技术生成的至少一个工具路径大致基于所述力定向。69.根据权利要求67所述的系统，其中所述处理器还被配置为执行所述计算机可执行指令以在所述增材制造机器不能将所述复合材料沉积在与使用第二切片技术生成的多个平面之一相对应的层中时，选择性地使用所述第二切片技术来生成新平面。70.根据权利要求61所述的系统，其中所述处理器还被配置为执行所述计算机可执行指令以：确定所述多个平面中的每个平面上的一组点，复合材料必须排出通过这些点以提供所述结构的指定形状；以及生成至少一个工具路径，所述工具路径延伸通过每组点的至少两个点，在所述复合材料的排出过程中，所述增材制造机器遵循所述工具路径。71.根据权利要求70所述的系统，其中所述处理器还被配置为执行所述计算机可执行指令以基于用于所述结构的指定形状的指定公差来确定该组点。72.根据权利要求70所述的系统，其中所述处理器还被配置为执行所述计算机可执行指令以：确定该组点中的离群点是否未被所述至少一个工具路径消耗；以及生成从至少一个工具路径的最近部分延伸通过离群点的附加工具路径，在复合材料的排出期间所述增材制造机器遵循所述附加工具路径。73.根据权利要求70所述的系统，其中所述处理器还被配置为执行所述计算机可执行指令以基于所需的基质与纤维的比例和期望的固化特性的至少一个向所述增材制造机器分配用于完成所述至少一个工具路径中的每一个的打印速度。74.一种用增材制造机器制造结构的方法，所述方法包括：接收指示所述结构的预期负载条件和性能规范中的至少一个的输入；基于所述输入作出与所述结构是性能关键部件相关联的确定；基于所述确定，选择性地实施第一切片技术或第二切片技术，以将所述结构的虚拟模型划分为多个平面；以及使所述增材制造机器将复合材料沉积在与多个平面相对应的层中。75.根据权利要求74所述的方法，其中：选择性地实施第一切片技术包括选择性地实施第一切片技术以生成所述多个平面，所述多个平面允许所述增材制造机器以大致平行和重叠的方式有效地沉积所述复合材料；以及选择性地实施第二切片技术包括选择性地实施第二切片技术以生成所述多个平面，所述多个平面允许所述增材制造机器基于预期穿过所述结构的力将所述复合材料沉积在层中。76.根据权利要求75所述的方法，还包括：在使用所述第一切片技术生成的所述多个平面中的每个平面上生成至少第一工具路径，在所述复合材料的排出期间所述增材制造机器遵循所述第一工具路径，所述至少第一工具路径从使用所述第一切...
【专利技术属性】
技术研发人员：肯尼思·泰勒，赖安·斯托科特，特雷弗·巴格，B·L·阿尔夫森，J·D·科德，
申请(专利权)人：CC三D有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US
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