CN104309121B - 不小于四个的偶数个打印头的3d打印机的控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种不小于四个的偶数个打印头的3D打印机的控制方法，包括：获取工件的截面的形状；在所述截面中确定K‑1条相互平行的纵向引出线，在所述每一纵向子区域内设置一条横向延伸的直线以将所述每一纵向子区域分割为两个面积相等的最终子区域；且所述所有横向延伸的直线之间首尾相连形成一条横向延伸的折线；在所述折线与纵向引出线的每一交点Ai为圆心形成一个圆形的中间冲突区域。

Description

不小于四个的偶数个打印头的3D打印机的控制方法
技术领域
本发明涉及3D打印技术领域，特别是指一种不小于四个的偶数个打印头的3D打印机的控制方法。
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打印机采用三打印头结构，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不小于四个的偶数个打印头的3D打印机的控制方法，能够通过多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不小于四个的偶数个打印头的3D打印机的控制方法，包括：
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；
确定打印头数量i，i为≥4的偶数；在所述截面中确定K-1条相互平行的纵向引出线，所述K-1条纵向引出线将所述截面等分为K个面积相等的纵向子区域，K＝Ni，其中N为正整数；
在所述每一纵向子区域内设置一条横向延伸的直线以将所述每一纵向子区域分割为两个面积相等的最终子区域；且所述所有横向延伸的直线之间首尾相连形成一条横向延伸的折线；
在所述折线与纵向引出线的每一交点Ai为圆心形成一个圆形的中间冲突区域；且该圆的外周与该折线和纵向引出线形成2K个非冲突子区域；且以Ai为圆心所形成的每一圆形的中间冲突区域的半径不小于
其中α为横向延伸的直线Ai-1Ai与纵向引出线li之间形成的非钝角的角度；β为横向延伸的直线AiAi+1与纵向引出线li之间形成的非钝角的角度。
其中，所述折线的起点为所述截面的外周一侧最远端的点，终点为所述截面的外周上另一侧的某点。
同时，本发明实施例还提出了一种四打印头以上的3D打印机的打印方法，包括：
利用如权利要求前任一种方法确定圆形的中间冲突区域和非冲突子区域；
利用所述3D打印机的多个打印头同步打印圆形的中间冲突区域；利用所述3D打印机的多个打印头同步打印所非冲突子区域；
其中利用所述3D打印机的多个打印头同步打印所非冲突子区域包括：
将所述打印头分成M组，每组有2个打印头，即N＝2M；将所述非冲突打印子区域分成P组，每组包括一个圆形的中间冲突区域和四周的四个非冲突子区域；利用每组的两个打印头同步打印相对的两个冲突子区域，且所述M组打印头同步打印，且相邻的两组的两个相邻的打印头打印的两个非冲突子区域也相对设置。
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多个打印头(≥4的偶数)的3D打印机的控制方法、打印方法，能够防止在打印时打印头发生冲突，并能够采用多个打印头同时进行打印以提高打印效率。
附图说明
图1具有三个打印头的3D打印机的三个打印头的运动轨迹平面以及底部的载物平面的结构示意图；
图2为三个打印头之间的位置示意图；
图3为两个打印头之间的最小间距δ的结构示意图；
图4为采用4个打印头的一个具体实施例的示意图。
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，例如图1所示的即为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)，即如图2所示的。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三打印头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不小于四个的偶数个打印头的3D打印机的控制方法，包括：
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；
确定打印头数量i，i为≥4的偶数；在所述截面中确定K-1条相互平行的纵向引出线，所述K-1条纵向引出线将所述截面等分为K个面积相等的纵向子区域，K＝Ni，其中N为正整数；
在所述每一纵向子区域内设置一条横向延伸的直线以将所述每一纵向子区域分割为两个面积相等的最终子区域；且所述所有横向延伸的直线之间首尾相连形成一条横向延伸的折线；
在所述折线与纵向引出线的每一交点Ai为圆心形成一个圆形的中间冲突区域；且该圆的外周与该折线和纵向引出线形成2K个非冲突子区域；且以Ai为圆心所形成的每一圆形的中间冲突区域的半径不小于
其中α为横向延伸的直线Ai-1Ai与纵向引出线li之间形成的非钝角的角度；β为横向延伸的直线AiAi+1与纵向引出线li之间形成的非钝角的角度。
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，只需不小于半径即可。
其中，所述折线的起点为所述截面的外周一侧最远端的点，终点为所述截面的外周上另一端的点。
同时，本发明实施例还提出了一种四打印头以上的3D打印机的打印方法，包括：
利用如权利要求前任一种方法确定圆形的中间冲突区域和非冲突子区域；
利用所述3D打印机的多个打印头同步打印圆形的中间冲突区域；利用所述3D打印机的多个打印头同步打印所非冲突子区域；
其中利用所述3D打印机的多个打印头同步打印所非冲突子区域包括：
将所述打印头分成M组，每组有2个打印头，即N＝2M；将所述非冲突打印子区域分成P组，每组包括一个圆形的中间冲突区域和四周的四个非冲突子区域；利用每组的两个打印头同步打印相对的两个冲突子区域，且所述M组打印头同步打印，且相邻的两组的两个相邻的打印头打印的两个非冲突子区域也相对设置。
如图4所示的即为一个四打印头的实施例，而6打印头或更多偶数个打印头的实施例只需将假设的截面向左或右延展4的正整数倍个非冲突打印区域即可，以对应。
确定截面的外周左侧最左边的点A0；
不断利用二分法，做出k-1条与截面的Y轴平行的直线L1、L2、L3；这些三条直线将截面分为了四个面积相等的区域。然后从A0为起点画一条将左侧一个区域平分为P1和P2的横线，该横线与直线l1相交于点A1；然后再由A1为起点画一条平分第二左侧分为P3和P4的横线，该横线与直线l1相交于点A2。以此类推，直至画到Ak。此时已经将截面切割为了8个面积相等的区域。然后在A1、A2、A3为圆心各做一个圆，该圆的半径不小于
如图4所示的例子中，平分P1和P2的横线A0A1与纵向引出线L1所成非钝角为α，平分P3和P4的横线A1A2与纵向引出线L1所成非钝角为β，则A1为圆心的圆半径为
然后将四个打印头分为两组，第一组负责打印P1、P2、P3、P4、圆心为A1的圆；第二组负责打印P5、P6、P7、P8、圆心为A3的圆。在打印时要同步打印相对的两个冲突子区域，且所述M组打印头同步打印，且相邻的两组的两个相邻的打印头打印的两个非冲突子区域也相对设置。也就是说，第一组的打印头可以先打印P1和P4这两个相对的非冲突子区域，则第二组打印头就需要先打印P5和P8。当然也可以第一组先打印P2和P3，第二组同步打印P6和P7。
而在打印A1、A2、A3的三个圆时，可以用四个打印头的任意三个，不对此做出限定。且可以先打印圆形的中间冲突区域，也可以先打印非冲突子区域。
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 (3)

1.一种不小于四个的偶数个打印头的3D打印机的控制方法，其特征在于，包括：
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；
确定打印头数量i，i为≥4的偶数；在所述截面中确定K-1条相互平行的纵向引出线，所述K-1条纵向引出线将所述截面等分为K个面积相等的纵向子区域，K＝Ni，其中N为正整数；
在所述每一纵向子区域内设置一条横向延伸的直线以将所述每一纵向子区域分割为两个面积相等的最终子区域；且所述所有横向延伸的直线之间首尾相连形成一条横向延伸的折线；
在所述折线与纵向引出线的每一交点Ai为圆心形成一个圆形的中间冲突区域；且该圆的外周与该折线和纵向引出线形成2K个非冲突子区域；且以Ai为圆心所形成的每一圆形的中间冲突区域的半径不小于
其中α为横向延伸的直线Ai-1Ai与纵向引出线li之间形成的非钝角的角度；β为横向延伸的直线AiAi+1与纵向引出线li之间形成的非钝角的角度。
2.根据权利要求1所述的不小于四个的偶数个打印头的3D打印机的控制方法，其特征在于，其中所述折线的起点为所述截面的外周一侧最远端的点，终点为所述截面的外周上另一侧的某点。
3.一种四打印头以上的3D打印机的打印方法，其特征在于，包括：
利用如权利要求1-2任一种方法确定圆形的中间冲突区域和非冲突子区域；
利用所述3D打印机的多个打印头同步打印圆形的中间冲突区域；利用所述3D打印机的多个打印头同步打印所述非冲突子区域；
其中利用所述3D打印机的多个打印头同步打印所述非冲突子区域包括：
将所述打印头分成M组，每组有2个打印头，即i＝2M；将所述非冲突打印子区域分成P组，每组包括一个圆形的中间冲突区域和四周的四个非冲突子区域；利用每组的两个打印头同步打印相对的两个冲突子区域，且所述M组打印头同步打印，且相邻的两组的两个相邻的打印头打印的两个非冲突子区域也相对设置。
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