CN104210109B

CN104210109B - 3d打印辅助方法、装置及3d打印设备

Info

Publication number: CN104210109B
Application number: CN201410473214.0A
Authority: CN
Inventors: 王正翔
Original assignee: Beijing Zhigu Tech Co Ltd
Current assignee: Beijing Zhigu Tech Co Ltd
Priority date: 2014-09-17
Filing date: 2014-09-17
Publication date: 2016-10-05
Anticipated expiration: 2034-09-17
Also published as: CN104210109A

Abstract

本申请实施例公开了一种3D打印辅助方法及装置，所述方法包括：提供一支撑液体，所述支撑液体用于在打印过程中对至少部分浸入在所述支撑液体中的一被打印对象提供浮力支撑，保持所述被打印对象在所述支撑液体中处于漂浮或悬浮状态。本申请实施例的技术方案可以至少部分免去支撑结构的打印，节约打印材料和打印时间；通过所述支撑液体对所述被打印对象的支撑均匀、柔和，在起到较为全面支撑的同时，不易破坏未完全固化的被打印对象的形状，提高打印成品质量；在液体支撑的前提下，可以在改变打印面更容易获得高品质成品的情况下，方便的对被打印对象进行旋转等操作，而不易破坏未完全固化的被打印对象的形状。

Description

3D打印辅助方法、装置及3D打印设备

技术领域

本申请涉及3D打印技术，尤其涉及一种3D打印辅助方法、装置及3D打印设备。

背景技术

现有的消费级三维(Three Dimension，简称3D)打印机，一般在打印过程中通过在一通常可以升降的工作平台上根据物体的打印模型文件的设计一层一层形成被打印对象。其中，对于一些不容易成型、容易塌陷或容易折断的成型部位，一般会通过为这些成型部位的位置打印额外的支撑结构来对其进行支撑，但是打印支撑结构本身会占用打印时间，消耗打印材料，并且即使在打印完成后切除支撑结构，还是会留下一些接缝痕迹，影响最终成型物品的外观。

发明内容

本申请实施例可能的目的是：提供一种3D打印辅助技术方案。

第一方面，本申请的一可能的实施方案提供了一种3D打印辅助方法，包括：

提供一支撑液体，所述支撑液体用于在打印过程中对至少部分浸入在所述支撑液体中的一被打印对象提供浮力支撑，保持所述被打印对象在所述支撑液体中处于漂浮或悬浮状态。

第二方面，本申请的一可能的实施方案提供了一种3D打印辅助装置，包括：

支撑液体提供模块，用于提供一支撑液体，所述支撑液体用于在打印过程中对至少部分浸入在所述支撑液体中的一被打印对象提供浮力支撑，保持所述被打印对象在所述支撑液体中处于漂浮或悬浮状态。

第三方面，本申请的一可能的实施方案提供了一种3D打印设备，包括上述的3D打印辅助装置。

本申请实施例的至少一个实施方案通过支撑液体在打印过程中对被打印对象进行支撑，一方面可以至少部分免去支撑结构的打印，节约打印材料和打印时间，同时打印成品的质量更好；另一方面，通过所述支撑液体对所述被打印对象的支撑均匀、柔和，在起到较为全面支撑的同时，不易破坏未完全固化的被打印对象的形状，提高打印成品质量；另一方面，在液体支撑的前提下，可以在改变打印面更容易获得高品质成品的情况下，方便的对被打印对象进行旋转等操作，而不易破坏未完全固化的被打印对象的形状。

附图说明

图1为本申请实施例的一种3D打印辅助方法的流程图；

图2a-图2c为本申请实施例的几种3D打印辅助方法的应用场景；

图3为本申请实施例的一种3D打印辅助装置的结构示意框图；

图4a和图4b为本申请实施例的另外两种3D打印辅助装置的结构示意框图；

图4c和图4d为本申请实施例的另外两种3D打印辅助装置的密度调节单元的结构示意框图；

图4e和图4f分别为本申请实施例的又一种3D打印辅助装置的结构示意框图；

图5为本申请实施例的一种3D打印设备的结构示意框图。

具体实施方式

下面结合附图(若干附图中相同的标号表示相同的元素)和实施例，对本申请的具体实施方式作进一步详细说明。以下实施例用于说明本申请，但不用来限制本申请的范围。

本领域技术人员可以理解，本申请中的“第一”、“第二”等术语仅用于区别不同步骤、设备或模块等，既不代表任何特定技术含义，也不表示它们之间的必然逻辑顺序。

本申请的发明人发现，在3D打印过程中会遇到各种各样的问题，例如，刚打印出来的部分可能会因为未完固化而在重力作用下发生细微的变形；或者通过支撑结构对成型部分进行支撑的情况下，需要去除支撑结构，同时还有可能破坏成型件的结构；一些形状特殊的物体，在打印过程中如果可以对其进行旋转后，从另一个打印面开始打印，则打印的过程会更加容易，并且可能不需要使用支撑结构，但是对打印后未完全固化的被打印对象进行旋转等操作时，有可能会破坏已打印的部分。因此，本申请实施例提供了下面的多个实施方式，来解决或至少部分解决上述问题。

在本申请实施例下面的描述中，所述“被打印对象”为在3D打印过程中待打印的物体已被打印出的部分。

如图1所示，本申请实施例一种可能的实施方式提供了一种3D打印辅助方法，包括：

S110提供一支撑液体，所述支撑液体用于在打印过程中对至少部分浸入在所述支撑液体中的一被打印对象提供浮力支撑，保持所述被打印对象在所述支撑液体中处于漂浮或悬浮状态。

在本实施方式中，所述被打印对象在3D打印的过程中至少部分浸入在所述支撑液体中，所述支撑液体通过浮力来抵消所述被打印对象的重力，对所述被打印对象起到柔性支撑的效果。

本领域技术人员可以看出，在本实施方式中，所述支撑液体与所述打印材料互不相溶，并且为了保持所述被打印对象处于所述漂浮状态，所述支撑液体的密度需要大于所述被打印对象的密度；如果要保持所述被打印对象处于所述悬浮状态，则需要所述支撑液体的密度与所述被打印对象的密度相等。

举例来说，本发明提供的3D打印辅助装置作为本实施例的执行主体，执行S110。具体地，所述3D打印辅助装置可以以软件、硬件或软硬件结合的方式设置在3D打印设备。

通过下面的实施方式进一步说明本申请实施例的步骤：

在一种可能的实施方式中，在打印过程中，所述被打印对象有可能是部分浸入在打印材料中进行打印的，例如，在光固化成型技术(Stereolithography，SLA)中，打印材料例如可以为液体光敏树脂，使用激光照射所述液体光敏树脂使得特定区域固化形成所述被打印对象的一部分。

在本实施方式中，所述方法还包括通过支撑液体对用于打印所述被打印对象的一打印材料进行浮力支撑，保持所述打印材料在所述支撑液体中处于漂浮状态。同样，所述打印材料与所述支撑液体互不相溶。如图2a所示，在本实施方式中，所述打印材料201漂浮在所述支撑液体202上。所述被打印物体203部分位于所述支撑液体202中，部分位于所述打印材料201中。在本实施方式中，所述打印材料和所述支撑液体同时对所述被打印物体进行浮力支撑。本领域技术人员可以知道，一般来说，打印材料的密度低于被打印对象，因此，如果没有所述支撑液体，所述被打印物体无法漂浮或悬浮在所述打印材料中。

在另一种可能的实施方式中，例如在采用对粉末进行选择性激光烧结(Selected Laser Sintering，SLS)技术进行3D打印时，作为打印材料的粉末设置在被打印对象的打印面上时，所述支撑液体也需要支撑还未烧结的打印材料。

在另一种可能的实施方式中，例如采用熔融沉积造型技术(FusedDeposition Modeling，FDM)进行3D打印时，打印材料一般另外设置，打印到所述被打印对象的打印面时就形成了所述被打印对象的一部分，此时可以不需要对还未被打印的打印材料进行支撑。

在3D打印的过程中，一般需要调节所述被打印对象的打印面的位置，使得其正好处于一设定的打印位置，以所述SLA技术打印为例，在打印过程中，需要被打印对象的打印面位于所述液体光敏树脂液面下方设定位置。

对于采用所述SLA技术进行打印的情况下，在本申请实施例一种可能的实施方式中，例如，可以通过调节所述打印材料在所述支撑液体上的厚度来调节所述被打印对象的打印面至一设定的打印位置。

即，在本实施方式中，可以通过增加或减少所述液体光敏树脂的量来保持所述被打印物体的打印面在适合打印的位置。

在另一种可能的实施方式中，所述支撑液体的密度可调。

此时，可以通过调节所述支撑液体的密度来调节所述被打印对象的打印面至所述打印位置。

例如，需要所述被打印对象上升时，增加所述支撑液体的密度，需要所述被打印对象下降时，减少所述支撑液体的密度。

在另一种可能的实施方式中，还可以通过一可以升降的工作平台来完成所述被打印对象的位置移动。当然，本领域技术人员可以知道，此时所述工作平台基本不需要对支撑所述被打印对象的重力，而只是对其位置起到引导作用，对所述被打印对象施加的作用力很小，不会对影响被打印对象的形状等。

本领域技术人员可以知道，除了通过调节所述支撑液体的密度来调节所述被打印对象的打印面至一设定的打印位置外，还可以用来调节所述打印对象至其它可能的设定位置。

例如，在一种可能的实施方式中，打印完成后需要将完成的被打印对象露出于支撑液体(在液体打印材料的情况下，还需要露出于所述液体打印材料)表面，方便打印成品的取出，此时，所述设定位置例如还可以为一适合用户或机械手取出所述被打印对象的位置。

此外，在所述支撑液体的密度可调的情况下，还可以根据被打印对象的密度来确定支撑液体的密度，例如，在一种可能的实施方式中，所述方法包括：

获取所述被打印对象的一第一密度；

调节所述支撑液体的密度至不小于所述第一密度的一第二密度。

在本实施方式中，可以根据被打印对象的打印材料的密度不同来选择合适密度的支撑液体。

在本申请实施例中，所述调节所述支撑液体的所述密度包括：

调节所述支撑液体的溶质与溶剂比例。

例如，通过增加溶质或减少溶剂的方式来增加所述支撑液体的密度，通过减少溶质或增加溶剂的方式来减少所述支撑液体的密度。

在一种可能的应用场景中，有可能需要对所述被打印对象进行旋转等姿态改变，使得打印更加容易。此时，在一种可能的实施方式中，所述支撑液体可以具有磁性，

所述方法还包括：提供作用于所述支撑液体的至少一磁场，用于通过调节所述至少一磁场中的至少一个的磁场方向来改变所述被打印对象在所述支撑液体中的姿态。

如图2b所示为图2a所示的被打印对象203旋转后需要在新的打印面204进行打印的情况，可以看出，在进行了图2b所示的旋转后，对将要打印部分205的打印更加容易，无需使用打印支撑材料。

通过本实施方式的方法来改变所述被打印对象的姿态时，施力既轻且柔，不易破坏未完全固化的被打印对象的结构。

在另一种可能的实施方式中，还可以通过至少一机械手来完成所述被打印对象的姿态改变。同样的，由于所述被打印对象位于所述支撑液体中，所述机械手对所述被打印对象施加非常小的力，就可以改变其姿态，因此，也不易破坏所述被打印对象的结构。

为了在打印过程中保持所述被打印对象的位置相对固定，在一种可能的实施方式中，所述支撑液体的粘稠度满足一设定的粘稠度标准，用于保持所述被打印对象在所述支撑液体中的位置。本领域技术人员可以知道，液体的粘稠度越高，其流动可能性越小，在其中的被打印对象越可能保持其位置。

当然，在另一种可能的实施方式中，所述方法还可以在所述打印过程中通过一限位辅助结构限制所述被打印对象在所述支撑液体中的位置。同样的，所述限位辅助结构对所述被打印对象的作用力也很小，不易破坏所述被打印对象的结构。

在一种可能的实施方式中，如图2c所示，在对被打印对象203进行旋转后，所述被打印对象203有可能具有高度高于所述打印面204的突出部分203a。此时，有可能需要所述被打印对象203悬浮在所述支撑液体201中，同时所述打印面204在所述支撑液体201的液面下方设定位置，因此需要使得所述支撑液体201具有两个液面高度，如图2c所示的较低的第一液面201a和另一较高的第二液面201b，并使得所述打印面204位于所述第一液面201a下方，同时所述突出部分203a位于所述支撑液体201中高于第一液面201a并低于所述第二液面201b的位置，来保持所述被打印对象在所述支撑液体中处于悬浮状态。此时，例如可以通过一可以抽真空的罩体207扣在所述第一液面201a上，同时覆盖所述突出部分203a，然后再通过抽真空管道208来至少部分抽掉所述罩体207中的空气，使得所述支撑液体201在所述罩体207中具有所述第二液面201b。

本领域技术人员可以理解，在本申请具体实施方式的上述方法中，各步骤的序号大小并不意味着执行顺序的先后，各步骤的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请具体实施方式的实施过程构成任何限定。

如图3所示，本申请实施例一种可能的实施方式提供了一种3D打印辅助装置300，包括：

支撑液体提供模块310，用于提供一支撑液体，所述支撑液体用于在打印过程中对至少部分浸入在所述支撑液体中的一被打印对象提供浮力支撑，保持所述被打印对象在所述支撑液体中处于漂浮或悬浮状态。

本领域技术人员可以看出，在本实施方式中，为了保持所述被打印对象处于所述漂浮状态，所述支撑液体的密度需要大于所述被打印对象的密度；如果要保持所述被打印对象处于所述悬浮状态，则需要所述支撑液体的密度与所述被打印对象的密度相等。

通过下面的实施方式进一步说明本申请的3D打印辅助装置：

如图4a所示，在一种可能的实施方式中，所述支撑液体提供模块310包括：

液体容器311，用于容置所述支撑液体。

其中，如图4b所示，在例如采用SLA技术进行打印时，所述液体容器311还用于，容置用于打印所述被打印对象的一打印材料；

所述支撑液体，还用于对所述打印材料进行浮力支撑，保持所述打印材料在所述支撑液体中处于漂浮状态。

例如，如图2a和2b中所示的液体容器206，同时容置有所述支撑液体202和所述打印材料201。

如图4b所示，在一种可能的实施方式中，所述装置300还包括：

打印材料调节模块320，用于通过调节所述打印材料在所述支撑液即，在本实施方式中，可以通过增加或减少所述液体光敏树脂的量来保持所述被打印物体的打印面在适合打印的位置。

如图4a所示，在一种可能的实施方式中，所述支撑液体的密度可调；

所述支撑液体提供模块310还包括：

密度调节单元312，用于调节所述支撑液体的所述密度。

在一种可能的实施方式中，如图4c所示，所述密度调节单元312包括：

第一密度获取子单元3121，用于获取所述被打印对象的一第一密度；

第一密度调节子单元3122，用于调节所述支撑液体的密度至不小于所述第一密度的一第二密度。

如图4d所示，在一种可能的实施方式中，所述密度调节单元312还包括：

第二密度调节子单元3123，用于通过调节所述支撑液体的密度来调节所述被打印对象至一设定位置。

在一种可能的实施方式中，所述设定位置包括设定的一打印位置，

所述第二密度调节子单元3132进一步用于，调节所述被打印对象的打印面至所述打印位置。

即，在本实施方式中，可以通过调节所述支撑液体的密度来调节所述被打印对象的打印面至所述打印位置。

本领域技术人员可以知道，所述第二密度调节子单元3132除了通过调节所述支撑液体的密度来调节所述被打印对象的打印面至一设定的打印位置外，还可以用来调节所述打印对象至其它可能的设定位置。

当然，在另一种可能的实施方式中，还可以通过一可以升降的工作平台来完成所述被打印对象的位置移动。当然，本领域技术人员可以知道，此时所述工作平台基本不需要对支撑所述被打印对象的重力，而只是对其位置起到引导作用，对所述被打印对象施加的作用力很小，不会对影响被打印对象的形状等。

在一种可能的实施方式中，所述密度调节单元312包括：

溶质溶剂比例调节子单元3124，用于调节所述支撑液体的溶质与溶剂比例。

例如，所述溶质溶剂比例调节子单元3124通过增加溶质或减少溶剂的方式来增加所述支撑液体的密度，通过减少溶质或增加溶剂的方式来减少所述支撑液体的密度。

如图2a和2b所示，在一些可能打印场景中，有可能需要对所述被打印对象进行旋转等姿态改变，使得打印更加容易。因此，在另一种可能的实施方式中，如图4e所示，所述支撑液体具有磁性，

所述装置300还包括：

磁场提供模块330，用于提供作用于所述支撑液体的至少一磁场，

所述磁场提供模块330包括：

磁场方向调节单元331，用于通过调节所述至少一磁场中的至少一个的磁场方向来改变所述被打印对象在所述支撑液体中的姿态。

为了在打印过程中保持所述被打印对象的位置相对固定，在一种可能的实施方式中，所述支撑液体的粘稠度满足一设定的粘稠度标准，用于保持所述被打印对象在所述支撑液体中的位置。

如图4a所示，在另一种可能的实施方式中，所述装置300还包括：

限位辅助模块340，用于在所述打印过程中通过一限位辅助结构限制所述被打印对象在所述支撑液体中的位置。

本领域技术人员可以知道，所述限位辅助模块340对所述被打印对象的作用力也很小，不易破坏所述被打印对象的结构。

如图4f所示，在一种可能的实施方式中，所述支撑液体提供模块310还包括：

多液面提供单元313，用于响应于所述被打印对象具有高于所述被打印对象的一打印面的至少一突出部分，提供高出已有液面并覆盖所述至少一突出部分的至少一其它液面来保持所述被打印对象在所述支撑液体中处于悬浮状态。具体参见图2c所示实施例中对应的描述。

本申请实施例中各模块、单元的功能实现进一步的描述参见图1、图2a、图2b和图2c所示实施例中对应的描述，这里不再赘述。

如图5所示，本申请实施例一种可能的实施方式还提供了一种3D打印设备500，包括图3、图4a-4f中的至少一个所记载的3D打印辅助装置510。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及方法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上实施方式仅用于说明本申请，而并非对本申请的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本申请的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本申请的范畴，本申请的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims

1.一种3D打印辅助方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述支撑液体还用于对用于打印所述被打印对象的一打印材料进行浮力支撑，保持所述打印材料在所述支撑液体中处于漂浮状态。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述打印材料包括：液态光敏树脂。

4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

通过调节所述打印材料在所述支撑液体上的厚度来调节所述被打印对象的打印面至一设定的打印位置。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述支撑液体的密度可调。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法包括：

获取所述被打印对象的一第一密度；

7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

通过调节所述支撑液体的密度来调节所述被打印对象至一设定位置。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，

所述设定位置包括设定的一打印位置，

调节所述被打印对象至所述设定位置包括：

调节所述被打印对象的打印面至所述打印位置。

9.如权利要求6或7所述的方法，其特征在于，所述调节所述支撑液体的所述密度包括：

调节所述支撑液体的溶质与溶剂比例。

10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述支撑液体具有磁性，

11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述支撑液体的粘稠度满足一设定的粘稠度标准，用于保持所述被打印对象在所述支撑液体中的位置。

12.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

在所述打印过程中通过一限位辅助结构限制所述被打印对象在所述支撑液体中的位置。

13.如权利要求1所述的方法，其特征在于，提供所述支撑液体包括：

响应于所述被打印对象具有高于所述被打印对象的一打印面的至少一突出部分，提供高出已有液面并覆盖所述至少一突出部分的至少一其它液面来保持所述被打印对象在所述支撑液体中处于悬浮状态。

14.一种3D打印辅助装置，其特征在于，包括：

15.如权利要求14所述的装置，其特征在于，所述支撑液体提供模块包括：

液体容器，用于容置所述支撑液体。

16.如权利要求15所述的装置，其特征在于，

所述液体容器还用于，容置用于打印所述被打印对象的一打印材料；

17.如权利要求16所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

打印材料调节模块，用于通过调节所述打印材料在所述支撑液体上的厚度来调节所述被打印对象的打印面至一设定的打印位置。

18.如权利要求14所述的装置，其特征在于，所述支撑液体的密度可调；

所述支撑液体提供模块还包括：

密度调节单元，用于调节所述支撑液体的所述密度。

19.如权利要求18所述的装置，其特征在于，所述密度调节单元包括：

第一密度获取子单元，用于获取所述被打印对象的一第一密度；

第一密度调节子单元，用于调节所述支撑液体的密度至不小于所述第一密度的一第二密度。

20.如权利要求18所述的装置，其特征在于，所述密度调节单元还包括：

第二密度调节子单元，用于通过调节所述支撑液体的密度来调节所述被打印对象至一设定位置。

21.如权利要求20所述的装置，其特征在于，

所述设定位置包括设定的一打印位置，

所述第二密度调节子单元进一步用于，调节所述被打印对象的打印面至所述打印位置。

22.如权利要求18所述的装置，其特征在于，所述密度调节单元包括：

溶质溶剂比例调节子单元，用于调节所述支撑液体的溶质与溶剂比例。

23.如权利要求14所述的装置，其特征在于，所述支撑液体具有磁性，

所述装置还包括：

磁场提供模块，用于提供作用于所述支撑液体的至少一磁场，

所述磁场提供模块包括：

磁场方向调节单元，用于通过调节所述至少一磁场中的至少一个的磁场方向来改变所述被打印对象在所述支撑液体中的姿态。

24.如权利要求14所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

限位辅助模块，用于在所述打印过程中通过一限位辅助结构限制所述被打印对象在所述支撑液体中的位置。

25.如权利要求14所述的装置，其特征在于，所述支撑液体提供模块还包括：

多液面提供单元，用于响应于所述被打印对象具有高于所述被打印对象的一打印面的至少一突出部分，提供高出已有液面并覆盖所述至少一突出部分的至少一其它液面来保持所述被打印对象在所述支撑液体中处于悬浮状态。

26.一种3D打印设备，其特征在于，包括权利要求14至25中任一项所述的3D打印辅助装置。