CN104690976B - 立体列印机的列印方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了立体列印机的列印方法及系统，其中，该方法包括：对立体列印对象模型进行切片，得到各层立体列印对象模型的切片；对相邻两个切片进行数据差异比较，识别出各层立体列印对象模型墙壁顶部的封闭水平面，记录各切片的封闭水平面；确定封闭水平面中需要进行修补处理的壁厚位置，作为待处理壁厚位置；对封闭水平面中的待处理壁厚位置进行变形处理，达到预设壁厚，得到修补后的各层立体列印对象模型的切片。本发明方案能够提高立体列印件外部水平面的成型质量。

Description

立体列印机的列印方法及系统

技术领域

本发明涉及列印技术，特别涉及立体列印机的列印方法及系统。

背景技术

立体列印是添加剂制造技术的一种形式，在添加剂制造技术中立体列印对象是立体列印机通过连续的物理层创建出来的。立体列印机相对于其他的添加剂制造技术而言，具有速度快，价格便宜，高易用性等优点。立体列印机是可以列印出真实立体物体的一种设备，功能上与激光成型技术一样，采用分层加工、迭加成形，即通过逐层增加材料生成立体列印对象，与传统的去除材料加工技术完全不同。称之为立体列印机是参照了喷墨列印机的技术原理，因为分层加工的过程与喷墨列印机的工作原理十分相似。

目前，立体列印机在进行立体列印对象的列印时，首先，获取到立体列印对象的模型数据信息；然后，根据立体列印对象的模型数据信息，进行切片。而后，便可对各层切片进行列印，得到立体列印对象。

总所周知，列印层高(厚)精度是立体列印机质量的最重要指针之一，它决定了列印件的细密程度，直接反应模型到物体(即立体列印对象)的重现质量。但在实际的列印中，另一个列印质量指标“列印线宽度”往往会被忽视，其对列印的质量也起到至关重要的作用。

发明人在实际立体列印经验中发现，列印出的实体对象的某些水平面质量存在较大的线条裂缝，也就是无法完整封闭水平面，这就是列印线宽度与模型特性存在不匹配导致的问题。为了解决该问题，通常的做法是改变列印机的层高和列印速度，以改变列印线宽度。但因改变了列印层高，将影响列印质量，同时列印线宽度与列印喷头直径吻合时才能较好的控制列印线宽稳定性，若列印线宽度与列印喷头直径不吻合将很难控制列印线宽度稳定性；并且，调整列印线宽也将降低列印质量。

发明内容

本发明提供了一种立体列印机的列印方法，该方法能够提高立体列印件外部水平面的成型质量。

本发明提供了一种立体列印机的列印系统，该系统能够提高立体列印件外部水平面的成型质量。

一种立体列印机的列印方法，该方法包括：

对立体列印对象模型进行切片，得到各层立体列印对象模型的切片；

对相邻两个切片进行数据差异比较，识别出各层立体列印对象模型墙壁顶部的封闭水平面，记录各切片的封闭水平面；

确定封闭水平面中需要进行修补处理的壁厚位置，作为待处理壁厚位置；

对封闭水平面中的待处理壁厚位置进行变形处理，达到预设壁厚，得到修补后的各层立体列印对象模型的切片。

一种立体列印机的列印系统，该系统包括模型分层模块、封闭水平面分析模块和模型修补处理模块；

所述模型分层模块，对立体列印对象模型进行切片，得到各层立体列印对象模型的切片；

所述封闭水平面分析模块，对相邻两个切片进行数据差异比较，识别出各层立体列印对象模型墙壁顶部的封闭水平面，记录各切片的封闭水平面；确定封闭水平面中需要进行修补处理的壁厚位置，作为待处理壁厚位置；

所述模型修补处理模块，对封闭水平面中的待处理壁厚位置进行变形处理，达到预设壁厚，得到修补后的各层立体列印对象模型的切片。

从上述方案可以看出，本发明中，对立体列印对象模型进行切片，得到各层立体列印对象模型的切片；对相邻两个切片进行数据差异比较，识别出各层立体列印对象模型墙壁顶部的封闭水平面，记录各切片的封闭水平面；确定封闭水平面中需要进行修补处理的壁厚位置，作为待处理壁厚位置；对封闭水平面中的待处理壁厚位置进行变形处理，达到预设壁厚，得到修补后的各层立体列印对象模型的切片。本发明不对列印机特性参数进行修改，而是采用检测和微调模型的方式来进行自适应列印，改进列印件外部水平面存在线裂缝(无法完整封闭水平面)的问题，从而，提高了立体列印件外部水平面的成型质量。

附图说明

图1为本发明立体列印机的列印方法示意性流程图；

图2为本发明立体列印机的列印方法流程图实例；

图3为本发明对立体模型进行切片分析的示意图实例；

图4为本发明对封闭水平面内轮廓进行变形处理的示意图实例；

图5为本发明立体列印机的列印系统结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明进一步详细说明。

本发明不对列印机特性参数进行修改，而是采用检测和微调模型的方式来自适应列印，改进列印件外部水平面存在线裂缝的问题。参见图1，为本发明立体列印机的列印方法示意性流程图，其包括以下步骤：

步骤101，对立体列印对象模型进行切片，得到各层立体列印对象模型的切片。

采用现有技术对立体列印对象模型进行切片，切片厚度可自行设定，例如为每隔0.2mm进行一次切片。

步骤102，对相邻两个切片进行数据差异比较，识别出各层立体列印对象模型墙壁顶部的封闭水平面，记录各切片的封闭水平面。

各层立体列印对象模型中包括墙壁以及墙壁顶部的封闭水平面，由封闭水平面和墙壁所闭合而成的部分即是列印时需要进行喷涂的部分。对相邻两个切片的数据进行比较，通过数据差异便可识别出各层立体列印对象模型墙壁顶部的封闭水平面。

步骤103，确定封闭水平面中需要进行修补处理的壁厚位置，作为待处理壁厚位置。

确定出不符合需求、可能出现线裂缝的壁厚位置。确定方案可自行设定，例如：简单地，如果壁厚小于最低数值，则确定为待处理壁厚位置；再如，采用如下方式进行确定：

将列印机最佳列印线宽度表示为W；对封闭水平面进行壁厚测量，将测量得到的所有壁的厚度记作Wi；

将测量得到的厚度Wi与W的整数倍数值进行比较分析，如果Wi不满足为W的整数倍数值，则将相应Wi对应的壁厚位置确定为待处理壁厚位置。

步骤104，对封闭水平面中的待处理壁厚位置进行变形处理，达到预设壁厚，得到修补后的各层立体列印对象模型的切片。

预设壁厚可根据需要设置，例如，为需要符合的一个最小尺寸；还可以，为不同情况下对应的多个壁厚尺寸，具体地：

(1)m<n，将待处理壁厚位置的壁厚调整为n；(2)(x-1)n<m<xn(a<＝x<＝b)，将待处理壁厚位置的壁厚调整为xn，(3)(x-1)n<m<xn(x>b)，将待处理壁厚位置的壁厚调整为(x-1)n；

其中，m为待处理壁厚位置的实际壁厚，n为列印喷头标准宽度，a、b为大于1的自然数。

本步骤中，所述对封闭水平面中的待处理壁厚位置进行变形处理，可采用多种方式实现，例如：对封闭水平面内轮廓或外轮廓中的待处理壁厚位置进行变形处理。

进一步地，对封闭水平面中的待处理壁厚位置进行变形处理之后，还可以对封闭水平面轮廓进行平滑过渡，并可对封闭水平面中的待处理壁厚位置进行色彩的平滑过渡。

而后，便可根据修补后的各层立体列印对象模型的切片，进行立体列印。

本发明中，对相邻两个切片进行数据差异比较，识别出各层立体列印对象模型墙壁顶部的封闭水平面，记录各切片的封闭水平面；确定封闭水平面中需要进行修补处理的壁厚位置，作为待处理壁厚位置；对封闭水平面中的待处理壁厚位置进行变形处理，达到预设壁厚。采用本发明方案，不对列印机特性参数进行修改，而是采用检测和微调模型的方式来自适应列印，改进列印件外部水平面存在线裂缝(无法完整封闭水平面)的问题，从而，提高了立体列印件外部水平面的成型质量。

下面通过图2的流程，对本发明立体列印机的列印方法进行实例说明，其包括以下步骤：

步骤201，对立体列印对象模型进行切片，得到各层立体列印对象模型的切片。

步骤202，对相邻两个切片进行数据差异比较，识别出各层立体列印对象模型墙壁顶部的封闭水平面，记录各切片的封闭水平面。

识别出的封闭水平面，即特征面。

如图3所示的实例，(a)为立体模型，(b)和(c)分别示出了两个切片：切片1和切片2；通过比较切片1和切片2，识别出了切片2的外表水平面，即封闭水平面，为(d)中的灰色部分，也即是(e)中的黑色部分；(f)采用立体方式显示了识别出的立体模型的封闭水平面。

步骤203，对封闭水平面进行壁厚测量，判断是否需要进行修补，如果是，则确定出待处理壁厚位置，执行步骤204；否则结束流程。

本步骤的具体实现为：

将列印机最佳列印线宽度表示为W；对封闭水平面进行壁厚测量，将测量得到的所有壁的厚度记作Wi；

将测量得到的厚度Wi与W的整数倍数值进行比较分析，如果Wi不满足为W的整数倍数值，则将相应Wi对应的壁厚位置确定为待处理壁厚位置；如果满足，则无需进行修补处理。

步骤204，对封闭水平面内轮廓中的待处理壁厚位置进行细微变形处理，达到预设壁厚，得到修补后的各层立体列印对象模型的切片。

本实例修补处理的机制，是基于保持原模型质量和最小化减少列印开销为前提，具体实现方式为：

(1)m<n，将待处理壁厚位置的壁厚调整为n；(2)(x-1)n<m<xn(2<＝x<＝5)，将待处理壁厚位置的壁厚调整为xn，(3)(x-1)n<m<xn(x>5)，将待处理壁厚位置的壁厚调整为(x-1)n；

其中，m为待处理壁厚位置的实际壁厚，n为列印喷头标准宽度。

步骤205，对封闭水平面内轮廓进行平滑过渡。

基于步骤204细微变形处理后的内轮廓，可从表面内轮廓特征曲线来进行平滑过渡，具体地，例如采用二次曲线或三次曲线，对表面内轮廓特征曲线进行平滑过渡。

如图4所示，(a)为修补前的封闭水平面示意图，(b)为对封闭水平面内轮廓进行变形处理以及特征曲线平滑过渡后的示意图，图中灰色所示即修补部分。图4为对内轮廓进行修补的实例，对外轮廓进行修补的情形与之类似。

如果立体列印对象模型为彩色模型，可进一步处理色彩的平滑过渡。色彩的平滑过渡可采用渐变原理进行模拟处理，这是本领域技术人员易于实现的，这里不多赘述。

步骤206，对修补后的各层立体列印对象模型的切片，进行立体列印。

对模型进行修补后，需要时便可基于修补后的切片进行立体列印。

图2的实例通过切层分析立体模型轮廓特征，检测出相对列印摆放方向所有列印壁厚水平面宽度值，并结合实际立体列印机的最佳列印线宽参数，对模型进行微调处理，以符合该立体列印机的特征，确保列印件所有水平面都能完整封闭，从而提高列印质量。

参见图5，为本发明立体列印机的列印系统结构示意图，该系统包括模型分层模块、封闭水平面分析模块和模型修补处理模块；

所述模型分层模块，对立体列印对象模型进行切片，得到各层立体列印对象模型的切片；

所述封闭水平面分析模块，对相邻两个切片进行数据差异比较，识别出各层立体列印对象模型墙壁顶部的封闭水平面，记录各切片的封闭水平面；确定封闭水平面中需要进行修补处理的壁厚位置，作为待处理壁厚位置；

所述模型修补处理模块，对封闭水平面中的待处理壁厚位置进行变形处理，达到预设壁厚，得到修补后的各层立体列印对象模型的切片。

较佳地，所述封闭水平面分析模块包括壁厚检测子模块，将列印机最佳列印线宽度表示为W；对封闭水平面进行壁厚测量，将测量得到的所有壁的厚度记作Wi；将测量得到的厚度Wi与W的整数倍数值进行比较分析，如果Wi不满足为W的整数倍数值，则将相应Wi对应的壁厚位置确定为待处理壁厚位置。

较佳地，所述模型修补处理模块对封闭水平面中的待处理壁厚位置进行变形处理采用如下方式计算：(1)m<n，将待处理壁厚位置的壁厚调整为n；(2)(x-1)n<m<xn(a<＝x<＝b)，将待处理壁厚位置的壁厚调整为xn，(3)(x-1)n<m<xn(x>b)，将待处理壁厚位置的壁厚调整为(x-1)n；其中，m为待处理壁厚位置的实际壁厚，n为列印喷头标准宽度，a、b为大于1的自然数。

较佳地，所述模型修补处理模块，对封闭水平面内轮廓中的待处理壁厚位置进行变形处理，或者，对封闭水平面外轮廓中的待处理壁厚位置进行变形处理。

较佳地，所述模型修补处理模块对封闭水平面中的待处理壁厚位置进行变形处理，达到预设壁厚之后，还对封闭水平面轮廓进行平滑过渡。

较佳地，所述模型修补处理模块对封闭水平面中的待处理壁厚位置进行变形处理之后，还对封闭水平面中的待处理壁厚位置进行色彩的平滑过渡。

较佳地，该系统还包括列印模块，对修补后的各层立体列印对象模型的切片，进行立体列印。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (8)

1.一种立体列印机的列印方法，其特征在于，该方法包括：

对立体列印对象模型进行切片，得到各层立体列印对象模型的切片；

对相邻两个切片进行数据差异比较，识别出各层立体列印对象模型墙壁顶部的封闭水平面，记录各切片的封闭水平面；

确定封闭水平面中需要进行修补处理的壁厚位置，作为待处理壁厚位置；

对封闭水平面中的待处理壁厚位置进行变形处理，达到预设壁厚，得到修补后的各层立体列印对象模型的切片；

所述确定封闭水平面中需要进行修补处理的壁厚位置包括：

将列印机最佳列印线宽度表示为W；对封闭水平面进行壁厚测量，将测量得到的所有壁的厚度记作Wi；

将测量得到的厚度Wi与W的整数倍数值进行比较分析，如果Wi不满足为W的整数倍数值，则将相应Wi对应的壁厚位置确定为待处理壁厚位置；

所述对封闭水平面中的待处理壁厚位置进行变形处理采用如下方式计算：

(1)m<n，将待处理壁厚位置的壁厚调整为n；(2)(x-1)n<m<xn(a<＝x<＝b)，将待处理壁厚位置的壁厚调整为xn，(3)(x-1)n<m<xn(x>b)，将待处理壁厚位置的壁厚调整为(x-1)n；

其中，m为待处理壁厚位置的实际壁厚，n为列印喷头标准宽度，a、b为大于1的自然数。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对封闭水平面中的待处理壁厚位置进行变形处理包括：

对封闭水平面内轮廓中的待处理壁厚位置进行变形处理，或者，

对封闭水平面外轮廓中的待处理壁厚位置进行变形处理。

3.如权利要求1至2中任一项所述的方法，其特征在于，所述对封闭水平面中的待处理壁厚位置进行变形处理，达到预设壁厚之后，该方法还包括：

对封闭水平面轮廓进行平滑过渡。

4.如权利要求1至2中任一项所述的方法，其特征在于，所述得到修补后的各层立体列印对象模型的切片之后，该方法还包括：

对修补后的各层立体列印对象模型的切片，进行立体列印。

5.一种立体列印机的列印系统，其特征在于，该系统包括模型分层模块、封闭水平面分析模块和模型修补处理模块；

所述模型分层模块，对立体列印对象模型进行切片，得到各层立体列印对象模型的切片；

所述封闭水平面分析模块，对相邻两个切片进行数据差异比较，识别出各层立体列印对象模型墙壁顶部的封闭水平面，记录各切片的封闭水平面；确定封闭水平面中需要进行修补处理的壁厚位置，作为待处理壁厚位置；

所述模型修补处理模块，对封闭水平面中的待处理壁厚位置进行变形处理，达到预设壁厚，得到修补后的各层立体列印对象模型的切片；

所述封闭水平面分析模块包括壁厚检测子模块，将列印机最佳列印线宽度表示为W；对封闭水平面进行壁厚测量，将测量得到的所有壁的厚度记作Wi；将测量得到的厚度Wi与W的整数倍数值进行比较分析，如果Wi不满足为W的整数倍数值，则将相应Wi对应的壁厚位置确定为待处理壁厚位置；

所述模型修补处理模块对封闭水平面中的待处理壁厚位置进行变形处理采用如下方式计算：(1)m<n，将待处理壁厚位置的壁厚调整为n；(2)(x-1)n<m<xn(a<＝x<＝b)，将待处理壁厚位置的壁厚调整为xn，(3)(x-1)n<m<xn(x>b)，将待处理壁厚位置的壁厚调整为(x-1)n；其中，m为待处理壁厚位置的实际壁厚，n为列印喷头标准宽度，a、b为大于1的自然数。

6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述模型修补处理模块，对封闭水平面内轮廓中的待处理壁厚位置进行变形处理，或者，对封闭水平面外轮廓中的待处理壁厚位置进行变形处理。

7.如权利要求5至6中任一项所述的系统，其特征在于，所述模型修补处理模块对封闭水平面中的待处理壁厚位置进行变形处理，达到预设壁厚之后，还对封闭水平面轮廓进行平滑过渡。

8.如权利要求5至6中任一项所述的系统，其特征在于，该系统还包括列印模块，对修补后的各层立体列印对象模型的切片，进行立体列印。