CN104210107A - 双打印头的3d打印机的打印区域控制方法、打印方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种双打印头的3D打印机的打印区域控制方法、打印方法，其中所述打印区域控制方法包括：获取工件的截面的形状，并在所述截面中确定至少一个中间冲突区域和中间冲突区域外的非冲突子区域。上述技术方案提出了一种双打印头的3D打印机的打印区域控制方法、打印方法，能够防止在打印时打印头发生冲突，并能够采用两个打印头同时进行打印以提高打印效率。优选的可以采用圆形的中间冲突区域并提出了圆心和半径的计算方法，这样可以最小化冲突区域而最大化非冲突区域，而最大化非冲突区域可以将同时打印的区域最大化从而将打印效率最大化。

Description

双打印头的3D打印机的打印区域控制方法、打印方法

技术领域

本发明涉及3D打印技术领域，特别是指一种多打印头3D打印机打印区域控制方法、打印方法。

背景技术

3D打印是新型的成型技术，其中填料堆积型打印技术是最常用的3D打印技术。现有技术中的3D打印机的结构一般都分为上下两层，上层为打印头及XY传动结构，下层为载物平台。其中上层的XY传动结构包括能够在X轴和Y轴所形成的平面能够进行移动的打印头，且下层设有载物平台。现有技术中的3D打印机的载物平台可以沿Z轴方向上升或下降，从而按层打印3D工件。

在打印时，填料堆积型打印技术是利用加热的打印头融合填料，通过控制打印头将熔融状的填料堆叠在指定位置，从而将3D模型转化成实体的3D工件。这种成型方式最大的优点是：填料成本低、浪费少、打印机结构简单易于维修；但是缺点也很明显：打印速度慢。以Makerbot的打印机为例，打印一个5厘米见方的完全填充方块需要的时间大约是二十分钟，打印体积更大或者结构更复杂的工件常常需要几个小时。现有技术中有一种3D打印机采用双打印头结构，即采用两个固定在一起的打印头来进行3D打印，且这两个打印头分别加载不同性质的填充料，例如一个打印头填充主料+支撑料而另一打印头填充主色+装饰色，以实现在模型的不同位置堆积不同的材料。由于这两个打印头是固定在一起的，因此其X轴和Y轴坐标几乎完全相同，且在任何时刻都只有一个打印头在工作，因此其对打印效率的改进极其有限。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种双打印头的3D打印机的打印区域控制方法、打印方法，能够通过两个打印头同时协同工作打印工件的截面以提高打印速度。

为了达到上述目的，本发明实施例提出了一种双打印头的3D打印机的打印区域控制方法，包括：

获取工件的截面的形状，并在所述截面中确定一个圆形的中间冲突区域，以及中间冲突区域外的非冲突子区域。

其中，所述方法具体为：

获取工件的截面的形状；确定两个打印头之间的最小间距为δ；

将所述工件的截面的形状分割为N个非冲突区域和一个中间冲突区域，所述中间冲突区域的半径不小于

其中，所述的将所述工件的截面的形状分割为N个非冲突区域具体为：将所述工件的截面的形状对称的分割为N个面积相等的非冲突区域。

其中，所述方法具体为：

获取工件的截面的形状；确定两个打印头之间的最小间距为δ；

对称的将所述工件的截面的形状分割为N个非冲突区域和一个中间冲突区域，所述中间冲突区域的半径不小于

其中，所述对称的将所述工件的截面的形状分割为N个非冲突区域和一个中间冲突区域具体为：

做一条沿平行于操作台X轴方向平分工件截面面积的直线L_x，做出一条沿平行于操作台X轴方向平分工件截面面积的直线L_y，以形成四个面积相等的区域；以直线L_x与直线L_y的交点0为圆心0，以半径不小于形成圆形的中间冲突区域，且所述圆形的中间冲突区域的圆周与直线L_x、直线L_y则分别形成了四个非冲突子区域。

同时，为了达到上述目的，本发明实施例还提出了一种双打印头的3D打印机的打印方法，包括：

利用前述任一种方法确定中间打印区域和非冲突子区域；

利用两个打印头同时打印相互之间不相邻的非冲突子区域，利用其中一个打印头对应的打印中间冲突区域。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：

上述技术方案提出了一种双打印头的3D打印机的打印区域控制方法、打印方法，能够防止在打印时打印头发生冲突，并能够采用两个打印头同时进行打印以提高打印效率。优选的可以采用圆形的中间冲突区域，这样可以最小化冲突区域而最大化非冲突区域，而最大化非冲突区域可以将同时打印的区域最大化从而将打印效率最大化。

附图说明

图1具有多打印头的3D打印机的打印头之间的位置示意图；

图2为两个打印头之间的最小间距δ的结构示意图；

图3为划分中间冲突区域和四个非冲突子区域的示意图。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实例进行详细描述。

现有技术中3D打印机的打印头的运动轨迹是一个平面，因此如果想要设置多个相互独立的打印头就必须使这些打印头相互之间的运动轨迹平面是不重叠的，例如如图1所示的为3个打印头的3D打印机。且必须使这些个打印头的远端在一个平面上，这样才可以由多个打印头同时打印工件的一个打印面(也就是工件的一个横截面)。而采用两个打印头的3D打印机的原理是一样的，也会出现在工作过程中打印头发生冲突的问题。

因此，本发明实施例是将打印区域划分为数个无冲突的区域，然后利用多个打印头分别进行打印，以防止打印头之间发生冲突。而简单的将打印区域切割为L个子打印区域后，在打印时很容易发生两个打印头同时打印相邻的两个子打印区域的问题，这样就会发生在相邻两个子打印区域的接缝处发生打印头冲突。同时由于3D打印机所打印的工件的形状不可能完全相同，因此现有技术中无法做到利用预先设置好的方法自动生成无冲突的打印区域并控制打印机的多个打印头协同一起打印。而如果分割打印区域的方法过于粗糙，则会造成对打印效率的提升幅度不大，这也是对昂贵的硬件资源的一种浪费。

针对这种情况，本发明实施例提出了一种多打印头3D打印机打印区域控制方法、打印方法，无需预先考虑打印工件的形状就可以根据打印头数量自动分割成多个子打印区域，并控制多个打印头自动无冲突打印工件，并且能够了使得多个打印头能够尽量均匀的分配工作以提高打印效率。

本发明实施例为此提出了一种双打印头的3D打印机的打印区域控制方法，包括：

获取工件的截面的形状，并在所述截面中确定圆形的中间冲突区域，以及中间冲突区域外的非冲突子区域。

为了最小化中间冲突区域，可以通过以下方式确定圆形的中间冲突区域的半径，即所述方法具体为：

获取工件的截面的形状；确定两个打印头之间的最小间距为δ；

将所述工件的截面的形状分割为N个非冲突区域和一个中间冲突区域，所述中间冲突区域的半径不小于

这种方法可以最小化中间冲突区域，使得能够被同时打印的非冲突子区域最大化，以最大化打印效率。其中两个打印头之间的最小间距为δ，也就是如图3所示的，当两个打印头贴靠在一起时，这两个打印头的喷嘴之间的距离为δ。

为了进一步提高打印效率，可以将所述工件的截面的形状分割为N个面积相同的非冲突区域。这样可以使得两个打印头在协同打印非冲突区域时效率同步完成以实现效率最大化。

其中，对于双打印头的3D打印机可以设置N个面积相同的非冲突区域，其中N＝2n，n＝2，3，4.......。

下面以N＝4为例来具体说明：

如图3所示的，划分中间冲突区域和非冲突区域的方法可以具体为：

获取工件的截面的形状；确定两个打印头之间的最小间距为δ；

做一条沿平行于操作台X轴方向平分工件截面面积的直线L_x，做出一条沿平行于操作台X轴方向平分工件截面面积的直线L_y，以形成四个面积相等的区域；以直线L_x与直线L_y的交点0为圆心0，以半径不小于形成圆形的中间冲突区域；且所述圆形的中间冲突区域的圆周与直线L_x、直线L_y则分别形成了四个非冲突子区域。其中可以采用数值分析中的二分法或其他任何算法来来确定直线L_x、直线L_y，此为现有技术，在此不再赘述。

半径为形成圆形的中间冲突区域已经能够确保不发生冲突，当然可以把圆形的中间冲突区域做大一些，本申请不对此做出限制，只需不小于半径 ${\mathrm{\δ}}^{,}=\frac{\mathrm{\δ}}{\sqrt{2}}$ 即可。

同时，为了达到上述目的，本发明实施例还提出了一种双打印头的3D打印机的打印方法，包括：

利用前述任一种方法确定中间打印区域和非冲突子区域；

利用两个打印头同时打印相互之间不相邻的非冲突子区域，利用其中一个打印头对应的打印中间冲突区域。

具体的，为了使得打印头移动距离最小化以提高打印效率，可以利用两个打印头一起打印位置相对的两个非冲突打印子区域，然后两个打印头向相同的方向移动以打印相邻的两个非冲突打印子区域。

以如前所述的分成4个非冲突打印子区域的方法为例，则对应的打印方法可以为：先打印左上和右下的两个非冲突

设两个打印头之间的最小间距为δ；也就是如图3所示的，当两个打印头贴靠在一起时，这两个打印头的喷嘴之间的距离为δ。则该中间冲突区域的半径δ’为这样可以确定出一个打印头不发生冲突的最小区域，从而最大限度的提高可以被同时打印的非冲突子区域，提高打印效率。

而对于中间冲突区域四周的非冲突子区域可以任意划分。基于同样最大化打印效率的目的，则可以划分为N个相同大小的区域作为非冲突子区域，N＝2M；其中M为打印头个数。这样就将冲突区域四周等分为多个非冲突子区域，且采用多个打印头分别同时打印这写非冲突子区域，使得打印效率最大化。

当然，上述方法中既可以先划分中间冲突区域，也可以先划分非冲突子区域

例如采用2个打印头时，可以如图3所示的，包括：

首先获得当前打印层的工件的截面的形状；

然后通过数值分析的二分法，做出沿平行于操作台X轴方向平分工件截面面积的直线L_x；在通过数值分析的二分法，做出一条沿平行于操作台X轴方向平分工件截面面积的直线L_y；这样就形成了四个面积相等的子区域；需要指出的是这四个子区域会在中间位置产生打印头冲突，因此四个子区域不是非冲突子区域。

以直线L_x与直线L_y的交点0为圆心，以半径做一个圆，即为圆形的中间冲突区域。而该圆形的中间冲突区域的圆周与直线L_x、直线L_y则分别形成了四个非冲突子区域。

这样就形成一个中间冲突区域和四个非冲突子区域。

在打印时，可以先用一个打印头打印圆形的中间冲突区域，然后再用2个打印头一起打印四周的非冲突子区域；也可以反过来。在打印非冲突子区域时，先打印对角的两个非冲突子区域，这样就可以防止打印头冲突。

需要说明的是，如图3所示的划分为4个非冲突子区域只是举例说明，在实际使用时也可以划分为大于2的任意多个非常冲突子区域。这是由于如果划分为2个非冲突子区域，打印时还有可能在两个非冲突子区域的接缝处发生冲突。而划分为多个则不会发生冲突。当然，本领域内技术人员都可以理解划分为2N(N≥2)是最高效的一种方式，这样可以最大限度的保证多个打印头同时打印而没有闲置。采用4、6、8......个非冲突打印子区域时的方法与前面相同，在此不再赘述。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种双打印头的3D打印机的打印区域控制方法，其特征在于，包括：

获取工件的截面的形状，并在所述截面中确定一个圆形的中间冲突区域，以及中间冲突区域外的非冲突子区域。

2.根据权利要求1所述的双打印头的3D打印机的打印区域控制方法，其特征在于，所述方法具体为：

获取工件的截面的形状；确定两个打印头之间的最小间距为δ；

将所述工件的截面的形状分割为N个非冲突区域和一个中间冲突区域，所述中间冲突区域的半径不小于

3.根据权利要求1或2所述的双打印头的3D打印机的打印区域控制方法，其特征在于，所述的将所述工件的截面的形状分割为N个非冲突区域具体为：将所述工件的截面的形状分割为N个面积相同的非冲突区域。

4.根据权利要求3所述的双打印头的3D打印机的打印区域控制方法，其特征在于，其中，所述方法具体为：

获取工件的截面的形状；确定两个打印头之间的最小间距为δ；

对称的将所述工件的截面的形状分割为N个非冲突区域和一个中间冲突区域，所述中间冲突区域的半径不小于

5.根据权利要求4所述的双打印头的3D打印机的打印区域控制方法，其特征在于，所述对称的将所述工件的截面的形状分割为N个非冲突区域和一个中间冲突区域具体为：

做一条沿平行于操作台X轴方向平分工件截面面积的直线L_x，做出一条沿平行于操作台X轴方向平分工件截面面积的直线L_y，以形成四个面积相等的区域；以直线L_x与直线L_y的交点O为圆心O，以半径不小于形成圆形的中间冲突区域；且所述圆形的中间冲突区域的圆周与直线L_x、直线L_y则分别形成了四个非冲突子区域。

6.一种双打印头的3D打印机的打印方法，其特征在于，包括：

利用如权利要求1-5任一种方法确定中间打印区域和非冲突子区域；

利用两个打印头同时打印相互之间不相邻的非冲突子区域，利用其中一个打印头对应的打印中间冲突区域。