CN108215174A - 一种3d物体喷墨打印方法及系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及3D物体快速成型技术领域，尤其涉及一种3D物体喷墨打印方法及系统。3D物体打印方法包括：步骤S101：在同一切片层中，基于层支撑数据使用支撑材料进行打印，形成支撑结构区；基于层实体数据使用实体材料进行打印，形成实体结构区；其中，所述切片层包括多个单向进给区，多个单向进给区沿垂直于打印方向的方向依次排列，在同一单向进给区上具有两个相反的打印方向，在单个打印方向上，至多打印支撑结构区和实体结构区中的一者位于所述单向进给区上的部分。本申请易于支撑结构与实体结构的分离，从而保证打印的3D物体的尺寸精度。

Description

一种3D物体喷墨打印方法及系统

技术领域

本申请涉及3D物体快速成型技术领域，尤其涉及一种3D物体喷墨打印方法及系统。

背景技术

快速成型技术又称快速原型制造技术或加式制造技术，其基本原理都是基于3D模型切片形成多个切片层，然后经过数据处理最终采用逐层(即逐个切片层)加工堆积的方式制作3D物体。

在使用喷墨打印技术逐层打印3D物体的过程中，存在后一切片层架空前一切片层的现象，即目标3D物体具有悬空结构，为了将目标3D物体准确的打印出来，此时在同一切片层的打印过程中，不仅需要使用实体材料打印实体结构，还需要使用支撑材料打印支撑结构，为与其叠加的后续切片层提供支撑。然而，支撑结构的作用在于填充到悬空结构中提供支撑，在目标3D物体打印完成后支撑结构必须从目标3D物体上移除，且在移除过程中必须确保不损坏目标3D物体的实体结构的结构和形貌的完整性。

基于打印3D物体(也称实体结构)所用的实体材料性能不同于打印与实体结构相接触的支撑结构所用的支撑材料性能，因此在同一界面层(也称切片层或材料层)上沿打印头移动方向按顺序同时打印支撑结构和实体结构时，实体结构与支撑结构相接触的部分存在支撑材料和实体材料之间的互渗，最终支撑结构与实体结构很难分离，即使分离也会影响打印的3D物体在叠加方向上的尺寸精度。

发明内容

本申请提供了一种3D物体喷墨打印方法及系统，能够解决上述问题。

本申请的第一方面提供了一种3D物体喷墨打印方法，包括：

步骤S101：在同一切片层中，基于层支撑数据使用支撑材料进行打印，形成支撑结构区；基于层实体数据使用实体材料进行打印，形成实体结构区；

其中，所述切片层包括多个单向进给区，多个单向进给区沿垂直于打印方向的方向依次排列，在同一单向进给区上具有两个相反的打印方向，在单个打印方向上，至多打印支撑结构区和实体结构区中的一者位于所述单向进给区上的部分。

优选地，所述步骤S101以在单个所述打印方向上，仅打印所述支撑结构区和所述实体结构区中的一者位于所述单向进给区上的部分的方式，同时以先打印所述支撑结构区，后打印所述实体结构区的方式执行。

优选地，两个所述相反的打印方向分别为第一方向和第二方向；所述步骤S101以在同一单向进给区上，在所述第一方向上打印所述支撑结构区与所述实体结构区中的一者位于所述单向进给区上的部分，在所述第二方向上打印另一者位于所述单向进给区上的部分的方式执行。

优选地，所述步骤S101以在同一单向进给区上，先在所述第一方向上打印所述支撑结构区位于所述单向进给区上的部分，后在所述第二方向上打印所述实体结构区位于所述单向进给区上的部分的方式执行。

优选地，还包括：

步骤S100，固化所述支撑结构区和/或所述实体结构区；

其中，所述步骤S101与所述步骤S100同时进行。

优选地，所述层支撑数据包括层支撑结构数据与层支撑非结构数据，所述层支撑结构数据与所述支撑结构区的空间坐标的数据相对应，所述层支撑非结构数据与所述支撑结构区的所述支撑材料的种类数据相对应；

和/或，所述层实体数据包括层实体结构数据与层实体非结构数据，所述层实体结构数据与所述实体结构区的空间坐标的数据相对应，所述层实体非结构数据与所述实体结构区的所述实体材料的种类数据相对应。

优选地，所述步骤S101后还包括：

步骤S102：逐层打印各所述切片层中的所述支撑结构区与所述实体结构区，各所述切片层叠加，使多个所述支撑结构区形成支撑结构，多个所述实体结构区形成实体结构，所述支撑结构与所述实体结构形成具有支撑结构的3D物体；

步骤S103：以下述至少一种方式移除所述支撑结构，得到具有悬空结构的3D物体：力学分离、液体溶解、变温熔解。

本申请的第二方面提供了一种3D物体喷墨打印系统，包括：

打印头，用于以在同一切片层中，基于层支撑数据使用支撑材料进行打印，形成支撑结构区；基于层实体数据使用实体材料进行打印，形成实体结构区的方式执行打印操作；

其中，所述切片层包括多个单向进给区，多个单向进给区沿垂直于打印方向的方向依次排列，在同一单向进给区上具有两个相反的打印方向，以在单个打印方向上，至多打印所述支撑结构区和所述实体结构区中的一者位于所述单向进给区上的部分的方式执行打印操作；

控制器，用于控制所述打印头执行打印操作；

所述打印头与所述控制器连接。

优选地，所述打印头用于以在单个所述打印方向上，仅打印所述支撑结构区和所述实体结构区中的一者位于所述单向进给区上的部分的方式，同时以先打印所述支撑结构区，后打印所述实体结构区的方式执行打印操作。

优选地，两个所述相反的打印方向分别为第一方向和第二方向；所述打印头用于以在同一单向进给区上，在所述第一方向上打印所述支撑结构区与所述实体结构区中的一者位于所述单向进给区上的部分，在所述第二方向上打印另一者位于所述单向进给区上的部分的方式执行打印操作。

优选地，所述打印头用于以在同一单向进给区上，先在所述第一方向上打印所述支撑结构区位于所述单向进给区上的部分，后在所述第二方向上打印所述实体结构区位于所述单向进给区上的部分的方式执行打印操作。

优选地，还包括固化装置，所述固化装置用于固化所述支撑结构区和/或所述实体结构区。

优选地，所述固化装置包括温控设备和/或辐射装置。

优选地，还包括数据处理器，用于将所述3D物体的模型数据转换成层支撑数据与层实体数据，所述数据处理器与所述控制器连接。

优选地，所述打印头用于以逐层打印各所述切片层中的所述支撑结构区与所述实体结构区的方式执行打印操作，形成多个所述切片层，各所述切片层叠加，多个所述支撑结构区形成支撑结构，多个所述实体结构区形成实体结构，所述支撑结构与所述实体结构形成具有支撑结构的3D物体。

本申请提供的技术方案可以达到以下有益效果：

本申请所提供的3D物体喷墨打印方法，同一切片层的同一单向进给区上，在一个打印方向上仅打印支撑结构区与实体结构区中的一者位于单向进给区上的部分，使实体结构区与支撑结构区不同时打印，因此，在打印过程中，每一切片层中的支撑结构区与实体结构区中，先打印的一者会先沉积凝固，后打印的一者在打印过程中则很难与先打印的一者发生材料互渗，最终易于支撑结构与实体结构的分离，从而保证打印的3D物体的尺寸精度。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本申请。

附图说明

图1为本申请所提供的3D物体喷墨打印方法一种具体实施例的流程图；

图2为本申请所提供的3D物体喷墨打印方法另一种具体实施例的流程图；

图3为本申请所提供的3D物体喷墨打印方法应用的3D物体的结构示意图；

图4为本申请所提供的3D物体喷墨打印方法第一实施例中一个切片层的结构示意图；

图5a-5c为本申请所提供的3D物体喷墨打印方法第一实施例中一个切片层打印过程中的结构示意图；

图6a-6d为本申请所提供的3D物体喷墨打印方法第一实施例中一个切片层的形成路径；

图7为本申请所提供的3D物体喷墨打印方法第二实施例中一个切片层的结构示意图；

图8为本申请所提供的3D物体喷墨打印方法第二实施例中一个切片层打印过程中的结构示意图；

图9为本申请所提供的3D物体喷墨打印方法第二实施例中一个切片层的形成路径；

图10为本申请所提供的3D物体喷墨打印系统一种具体实施例的结构示意图。

附图标记：

1-3D物体；

10-切片层；

101-实体结构区；

101a-第一实体区；

101b-第二实体区；

102-支撑结构区；

103-第一单向进给区；

103a-实体部；

103b-支撑部；

104-第二单向进给区；

11-实体结构；

12-悬空结构；

2-3D物体喷墨打印系统；

21-数据处理器；

22-材料存储器；

23-校平装置；

24-辐射装置；

25-导轨；

26-打印头；

27-升降机构；

28-控制器；

29-支撑平台。

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。

具体实施方式

下面通过具体的实施例并结合附图对本申请做进一步的详细描述。其中，附图中标示的X-Y-Z坐标系中，X轴与打印方向平行，Y轴垂直于打印方向，且与切片层平行，即X-Y平面与切片层平行，Z轴与切片层的叠加方向平行，垂直于X-Y平面。

本申请实施例提供了一种3D物体喷墨打印方法，用于具有悬空结构的3D物体的打印，如打印图3所示的3D物体，3D物体包括实体结构11和悬空结构12，通常在悬空结构12处设置支撑结构，然后将具有支撑结构的3D物体切片，形成多个切片层，其中一个切片层10如图4所示，在每个切片层中包括支撑结构区102与实体结构区101，之后对多个切片层进行逐层打印。

具体地，如图1所示，3D物体喷墨打印方法包括：

步骤S101：在同一切片层中，基于层支撑数据使用支撑材料进行打印，形成支撑结构区；基于层实体数据使用实体材料进行打印，形成实体结构区；其中，切片层包括多个单向进给区，多个单向进给区沿垂直于打印方向的方向依次排列，在同一单向进给区上具有两个相反的打印方向，分别为第一方向和第二方向(第一方向与第二方向仅表示两个方向相反的方向，在各单向进给区上的第一方向的方向可以不同，相应地，第二方向的方向也可以不同)，在单个打印方向上，至多打印支撑结构区和实体结构区中的一者位于单向进给区上的部分，即在单个打印方向上，不同时打印支撑结构区与实体结构区中位于同一单向进给区上的部分，仅打印支撑结构区或者实体结构区位于单向进给区上的部分。本发明所述的单向进给区实际是指打印头每次沿主扫描方向即X方向移动的区域，或打印头每次沿主扫描方向的反方向即-X方向移动的区域；同一单向进给区上打印头在副扫描方向即Y方向的位置相同，同一单向进给区上可以包括打印头沿主扫描方向即X方向的移动，以及沿该主扫描方向的反方向即-X方向的移动；本发明所述切片层包括多个单向进给区如N个单向进给区，实际是打印头打印完一个切片层需要在Y方向移动N-1次。

上述方法中，同一切片层的同一单向进给区上，在一个打印方向上仅打印支撑结构区与实体结构区中的一者位于单向进给区上的部分，使实体结构区与支撑结构区不同时打印，因此，在打印过程中，每一切片层中的支撑结构区与实体结构区中，先打印的一者会先沉积凝固，后打印的一者在打印过程中则很难与先打印的一者发生材料互渗，最终易于支撑结构与实体结构的分离，从而保证打印的3D物体的尺寸精度。

进一步地，可以采用下述方式执行步骤S101：

第一种方式，在同一切片层中，以在单个打印方向上，仅打印支撑结构区和实体结构区中的一者位于所述单向进给区上的部分的方式，同时先打印完支撑结构区或者实体结构区中的一者后，再打印另一者。

一般地，在打印支撑结构区或者实体结构区时，均采用双向打印的方式，以提高打印的效率。如先打印支撑结构区，后打印实体结构区，具体地，相邻的两个单向进给区分别为第一单向进给区和第二单向进给区，在第一单向进给区上采用第一方向打印支撑结构区位于第一单向进给区上的部分，然后在第二单向进给区上采用第二方向打印支撑结构区位于第二单向进给区上的部分，将该切片层中的支撑结构区均打印完成后，再打印实体结构区，实体结构区的打印方式可以采用同样的方式。

为了防止实体结构区打印过程中的介质流动，进而保证实体结构区的打印精度，优选先打印支撑结构区，后打印实体结构区，即在同一切片层中，先将支撑结构区位于各单向进给区上的部分均打印完成后，再打印实体结构区位于各单向进给区上的部分。

当然，在打印支撑结构区或者实体结构区时，也可以各自采用单向打印的方式，即仅在第一方向与第二方向中的一者执行打印操作，另一者不进行打印。

其中，在各切片层中，可能仅有支撑结构区或者实体结构区，则采用该方式时，仅打印完成对应的结构区即可。

第二种方式，在同一切片层，依次打印各单向进给区上实体结构区与支撑结构区位于该单向进给区上的部分。其中，在同一单向进给区上，若实体结构区与支撑结构区同时具有位于该单向进给区上的部分，则在第一方向上打印支撑结构区与实体结构区中的一者位于该单向进给区上的部分，在第二方向上打印另一者位于该单向进给区上的部分，即在同一切片层中，相邻的两个单向进给区分别为第一单向进给区和第二单向进给区，在第一单向进给区上，先在第一个方向上打印支撑结构区与实体结构区中的一者位于第一单向进给区上的部分，然后在第二个方向上打印另一者位于第一单向进给区上的部分，将第一单向进给区的实体结构区与支撑结构区位于第一单向进给区上的部分均打印完成后，再用第一单向进给区的打印方式，打印实体结构区与支撑结构区位于第二单向进给区上的部分，这样，沿着各单向进给区的排列方向顺次打印完成各单向进给区上实体结构区与支撑结构区对应的部分。在同一单向进给区上，若仅有支撑结构区或者实体结构区对应的部分，则只在一个方向上打印完成该结构区位于单向进给区的部分，直接进入相邻的另一个单向进给区进行打印，此时在另一个单向进给区打印时，沿着与先前打印方向相反的方向进行打印。

为了防止实体结构区打印过程中的介质流动，进而保证实体结构区的打印精度，在同一单向进给区上，若同时具有支撑结构区与实体结构区的对应部分，则先在第一方向上打印支撑结构区位于该单向进给区上的部分，后在第二方向上打印实体结构区位于该单向进给区上的部分。

不论采用哪种方式，可选地，3D物体喷墨打印方法还包括：

步骤S100，固化支撑结构区和实体结构区，也可以仅固化支撑结构区或者实体结构区；其中，步骤S101与步骤S100同时进行，使支撑材料或者实体材料滴落时尽快固化。具体地，可以通过光化辐射方式(如紫外光照射的方式)、冷却方式(如降温的方式)中的至少一者进行固化，采用光化辐射方式固化时，支撑材料和实体材料采用光固化材料；采用冷却方式固化时，支撑材料和实体材料采用温度固化材料。

通过增加步骤S100，在打印过程中使支撑材料或者实体材料在短时间内即可固化，从而阻止支撑材料、实体材料滴落后向周围的扩散，进一步防止支撑材料与实体材料之间的互渗，提高3D物体的打印精度。

在步骤S101或者步骤S101与步骤S100完成后，如图2所示还包括：

步骤S102：逐层打印各切片层中的支撑结构区与实体结构区，使多个支撑结构区形成支撑结构，多个实体结构区形成实体结构，支撑结构与实体结构形成具有支撑结构的3D物体，即按照步骤S101的方式完成一个切片层的打印后，再按照步骤S101的方式叠加与其相邻的另一个切片层的打印，如此按顺序将各切片层叠加打印完成，使多个切片层的支撑结构区叠加形成支撑结构，多个切片层的实体结构区叠加形成实体结构，进而打印形成具有支撑结构的3D物体。

步骤S103：在打印完成后，以下述至少一种方式移除支撑结构，得到具有悬空结构的3D物体：力学分离、液体溶解、变温熔解，具体根据使用的支撑材料的性质来确定，例如可以通过手工剥离、机械振动如超声等的力学分离方式，或者通过水溶、酸溶、碱溶或混合溶的液体溶解方式，或者通过改变温度达到溶解的目的，也可以采用上述多种方式的组合将支撑结构移除。

上述各方法中，层支撑数据包括层支撑结构数据与层支撑非结构数据，层支撑结构数据与支撑结构区的空间坐标的数据相对应，层支撑非结构数据与支撑结构区的支撑材料的种类数据相对应。例如切片层的支撑材料为不同颜色的材料，则层支撑非结构数据为色彩值数据；又例如，切片层的支撑材料为不同性质的材料，则层支撑非结构数据为材料性质数据。更为具体地，层支撑数据与众多层支撑像素点是相关联的，例如，在打印一个支撑结构区时，层支撑结构数据包括N个结构像素点数据，层支撑非结构数据包括一种材料性质数据，则根据N个结构像素点数据和一种材料性质数据进行打印，最终形成支撑结构区。

同理，层实体数据包括层实体结构数据与层实体非结构数据，层实体结构数据与实体结构区的空间坐标的数据相对应，层实体非结构数据与实体结构区的实体材料的种类数据相对应。例如切片层的实体材料为不同颜色的材料，则层实体非结构数据为色彩值数据；又例如，切片层的支撑材料为不同性质的材料，则层支撑非结构数据为材料性质数据。更为具体地，层实体数据与众多层实体像素点相关联，例如，在打印一个实体结构区时，层实体结构数据包括N个结构像素点数据，层实体非结构数据包括一种材料性质数据，则根据N个结构像素点数据和一种材料性质数据进行打印，最终形成实体结构区。

各支撑结构区可以用一种或者多种支撑材料进行打印，为了便于支撑结构的移除，尤其是在支撑结构的材料硬度较大时，在与实体结构接触的支撑结构的部分可以采用一种易移除支撑材料执行打印操作，形成易移除层，在与易移除层接触的部分采用一种强度较高的支撑材料执行打印操作。

此外，本申请还提供一种3D物体喷墨打印系统，如图10所示，可用于执行上述各种打印方法，包括：

打印头26，用于以在同一切片层中，基于层支撑数据使用支撑材料进行打印，形成支撑结构区；基于层实体数据使用实体材料进行打印，形成实体结构区的方式执行打印操作；

其中，切片层包括多个单向进给区，在同一单向进给区上具有两个相反的打印方向，以在单个打印方向上，至多打印支撑结构区和实体结构区中的一者位于单向进给区上的部分的方式执行打印操作；

控制器28，用于控制打印头26执行打印操作；

其中，打印头26与控制器28连接。

打印头26用于以在单个打印方向上，仅打印支撑结构区和实体结构区中的一者位于单向进给区上的部分的方式，同时以先打印支撑结构区，后打印实体结构区的方式执行打印操作。

或者，打印头26用于以在同一单向进给区上，在第一方向上打印支撑结构区与实体结构区中的一者位于单向进给区上的部分，在第二方向上打印另一者位于单向进给区上的部分的方式执行打印操作。

进一步地，打印头26用于以在同一单向进给区上，先在第一方向上打印支撑结构区位于单向进给区上的部分，后在第二方向上打印实体结构区位于单向进给区上的部分的方式执行打印操作。

同时，3D物体喷墨打印系统还包括固化装置，固化装置用于固化支撑结构区和实体结构区。通常固化装置安装于打印头26的两侧，可以与控制器28连接，由控制器28控制其工作。

固化装置可以为辐射装置24，如LED灯；或者为温控装置，如风扇等，也可以同时设置辐射装置24与温控装置。其中，辐射装置24与温控装置可以各自设有一个或者多个，在设有多个时，各辐射装置24、温控装置可以同时工作或者交替工作。

通常，同时设置两个风扇与两个LED灯，两个LED灯沿打印方向安装于打印头26的两侧，风扇安装于LED灯靠近切片层的一侧。

3D物体喷墨打印系统还包括材料存储器22，用于存贮支撑材料和实体材料，材料存储器22与打印头26、控制器28分别连接，材料存储器22的个数根据实际需求的材料种类或打印需求来确定。

为了便于层支撑数据与层实体数据的处理，3D物体喷墨打印系统还包括数据处理器21，用于将3D物体的模型数据转换成层支撑数据与层实体数据，且数据处理器21与控制器28连接，以便于控制器28根据数据处理器21提供的层支撑数据与层实体数据控制打印头26进行打印操作。

在3D物体打印过程中由于打印头26本身性能的影响或周围环境的波动等因素，可能造成打印的切片层表面不平整，影响成型的精度，因此，本申请的3D物体喷墨打印系统还包括校平装置23，具体可以是校平棍，可以设有一个、两个或者更多个，在设有两个时，分别位于打印头26的两侧，具体安装的个数根据实际需求来确定，使用校平装置23实现对打印的切片层进行校平，从而提高打印精度。

进一步地，3D物体喷墨打印系统还包括导轨25、支撑平台29以及升降机构27。打印头26、辐射装置24或温控设备以及校平装置23均滑动安装于导轨25上，以使各装置能够同步移动。支撑平台29用于承接打印的目标物体，升降机构27用于在每打印完一个或多个切片层后下降指定高度，以便进行下一层或多层的打印，支撑平台29与升降机构27连接，升降机构27与控制器28连接，以便控制器28对其进行控制。

进一步地，打印头26还用于以逐层打印各切片层中的支撑结构区与实体结构区的方式执行打印操作，形成多个切片层，各切片层叠加，多个支撑结构区形成支撑结构，多个实体结构区形成实体结构，支撑结构与实体结构形成具有支撑结构的3D物体。

下面以图3所示的3D结构为例对上述方法及系统进行说明。

首先按照现有技术的方式获取待打印模型的模型数据，使用数据处理器21将模型数据转换成STL格式、或PLY格式等能被切片软件识别的格式数据，接着对待打印模型进行切片分层获取层打印数据(包括层实体数据与层支撑数据)，最后根据层打印数据进行逐层打印。

图4示出某一个切片层10，包括实体结构区101和支撑结构区102，实体结构区101包括第一实体区101a和第二实体区101b。

第一实施例

以第一种打印方式中先打印支撑结构区102后打印实体结构区101的方式执行步骤S101，即在同一切片层中，基于层支撑数据使用支撑材料先打印支撑结构区102，后基于层实体数据使用实体材料打印实体结构区101，打印过程中同时对支撑结构区102与实体结构区101进行固化，使在打印实体结构区101之前支撑结构区102能够固化，从而减少支撑材料与实体材料的互渗。如图5a所示，先将打印头26移动至A点，在一个X方向打印完成后，沿着Y方向移动一个分度(一个分度为相邻两个单向进给区的距离)的距离，再沿-X方向打印，如此循环执行，按照图6a(当完成支撑结构区102的打印需要在Y方向移动偶数次时)或者图6b(当完成支撑结构区102的打印需要在Y方向移动奇数次时)的轨迹完成整个支撑结构区102的打印。

然后再将打印头26移动至如图5b中的B点、C点或者图5c中的D点进行实体结构区101的打印。其中，第一实体区101a与第二实体区101b可以同时打印，也可以分别打印，为了提高打印效率，一般同时打印第一实体区101a与第二实体区101b。具体地，在支撑结构区102按照图6a的轨迹打印完成后，一般地，会将打印头26移动至图5b中的C点，先沿着-X方向打印完成后，沿着-Y方向移动一个分度的距离，再沿着X方向打印，如此，按照图6c的轨迹打印完成整个实体结构区101；在支撑结构区102按照图6b的轨迹打印完成后，一般地，会将打印头26移动至图5b中的B点，先沿着X方向打印完成后，沿着-Y方向移动一个分度的距离，再沿着-X方向打印，如此，按照图6d的轨迹打印完成整个实体结构区101。又或者在支撑结构区102按照图6a或6b的轨迹打印完成后，将打印头26移动至图5c中的D点，继续按照图6a或6b的轨迹完成整个实体结构区101的打印。

接着，执行步骤S102，即按照上述方式，逐层打印各切片层，具体地，打印完一个或者多个切片层后，控制器28控制升降平台27沿Z轴升降，以在前一切片层上进行下一切片层的打印，在各切片层均打印完成后，多个切片层10的实体结构区101叠加形成实体结构11，多个切片层10的支撑结构区102叠加形成支撑结构，实体结构11与支撑结构一起形成具有支撑结构的3D物体。

最后，执行步骤S103，移除支撑结构得到具有悬空结构的3D物体1。在本实施例中使用的支撑材料为光固化水溶性支撑材料，在具有支撑结构的3D物体打印完成后，先手工剥离大块的支撑结构，残留在实体结构11上的支撑材料使用浸泡在水中的方法将其慢慢溶解去除。

第二实施例

相较于第一实施例的区别在于执行步骤S101的方式不同，第二实施例以第二种方式执行，即在同一切片层10的同一单向进给区上，在第一方向上打印支撑结构区102与实体结构区101中的一者位于该单向进给区上的部分，在第二方向打印另一者位于该单向进给区上的部分，在本实施例中，先在第一方向打印支撑结构区102位于该单向进给区上的部分，在第二方向打印实体结构区101位于该单向进给区上的部分；然后逐个单向进给区依次打印，完成整个切片层10的打印，同时在打印过程中，对支撑结构区102与实体结构区101进行固化，使在每个单向进给区上，打印实体结构区101之前支撑结构区102能够固化，从而减少支撑材料与实体材料的互渗。

具体地，图7-8示出了切片层10的一个单向进给区，如第一单向进给区103，同时包括实体部103a和支撑部103b。

首先，基于层支撑数据使用支撑材料沿X方向打印支撑部103b，支撑部103b打印完成后，打印头26沿Y方向不移动，然后仍在第一单向进给区103上，基于层实体数据使用实体材料沿-X方向打印实体部103a，从而完成第一单向进给区上实体部103a与支撑部103b的打印。

接着，如图9所示，打印头26沿着Y方向移动一个分度的距离，以上述方式打印与第一单向进给区103相邻的第二单向进给区104上的实体部与支撑部，依此方式，逐个打印切片层10上的各单向进给区上的实体部和支撑部，以完成整个切片层10的打印，多个单向进给区上的实体部形成实体结构区101，多个单向进给区上的支撑部形成支撑结构区102。其中，在实际打印过程中若在某个单向进给区上仅有实体部或者支撑部时，则直接沿着与先前方向相反的方向打印完成该部分后，沿Y方向移动一个分度的距离，沿与先前方向相反的方向进行下一个单向进给区的打印。

然后，执行步骤S102，逐层打印各切片层10，具体地，打印完一个或者多个切片层后，控制器28控制升降平台27沿Z轴升降，以在前一切片层10上进行下一切片层10的打印，在各切片层10均打印完成后，多个切片层10的实体结构区101叠加形成实体结构11，多个切片层10的支撑结构区102叠加形成支撑结构，实体结构11与支撑结构一起形成具有支撑结构的3D物体。

最后，执行步骤S103，移除支撑结构得到具有悬空结构的3D物体1。在本实施例中支撑材料和实体材料使用的是不同熔点的温度固化材料，其中支撑材料的熔点低于实体材料的熔点，因此将打印好的具有支撑结构的3D物体置于升温环境中，环境温度略高于支撑材料的熔点温度，且低于实体材料的熔点，以使支撑材料被熔解移除。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (15)

1.一种3D物体喷墨打印方法，其特征在于，包括：

步骤S101：在同一切片层中，基于层支撑数据使用支撑材料进行打印，形成支撑结构区；基于层实体数据使用实体材料进行打印，形成实体结构区；

其中，所述切片层包括多个单向进给区，多个单向进给区沿垂直于打印方向的方向依次排列，在同一单向进给区上具有两个相反的打印方向，在单个打印方向上，至多打印支撑结构区和实体结构区中的一者位于所述单向进给区上的部分。

2.根据权利要求1所述的3D物体喷墨打印方法，其特征在于，所述步骤S101以在单个所述打印方向上，仅打印所述支撑结构区和所述实体结构区中的一者位于所述单向进给区上的部分的方式，同时以先打印所述支撑结构区，后打印所述实体结构区的方式执行。

3.根据权利要求1所述的3D物体喷墨打印方法，其特征在于，两个所述相反的打印方向分别为第一方向和第二方向；所述步骤S101以在同一单向进给区上，在所述第一方向上打印所述支撑结构区与所述实体结构区中的一者位于所述单向进给区上的部分，在所述第二方向上打印另一者位于所述单向进给区上的部分的方式执行。

4.根据权利要求3所述的3D物体喷墨打印方法，其特征在于，所述步骤S101以在同一单向进给区上，先在所述第一方向上打印所述支撑结构区位于所述单向进给区上的部分，后在所述第二方向上打印所述实体结构区位于所述单向进给区上的部分的方式执行。

5.根据权利要求1-4任一项所述的3D物体喷墨打印方法，其特征在于，还包括：

步骤S100，固化所述支撑结构区和/或所述实体结构区；

其中，所述步骤S101与所述步骤S100同时进行。

6.根据权利要求5所述的3D物体喷墨打印方法，其特征在于，所述层支撑数据包括层支撑结构数据与层支撑非结构数据，所述层支撑结构数据与所述支撑结构区的空间坐标的数据相对应，所述层支撑非结构数据与所述支撑结构区的所述支撑材料的种类数据相对应；

和/或，所述层实体数据包括层实体结构数据与层实体非结构数据，所述层实体结构数据与所述实体结构区的空间坐标的数据相对应，所述层实体非结构数据与所述实体结构区的所述实体材料的种类数据相对应。

7.根据权利要求1-4和6任一项所述的3D物体喷墨打印方法，其特征在于，所述步骤S101后还包括：

步骤S102：逐层打印各所述切片层中的所述支撑结构区与所述实体结构区，各所述切片层叠加，使多个所述支撑结构区形成支撑结构，多个所述实体结构区形成实体结构，所述支撑结构与所述实体结构形成具有支撑结构的3D物体；

步骤S103：以下述至少一种方式移除所述支撑结构，得到具有悬空结构的3D物体：力学分离、液体溶解、变温熔解。

8.一种3D物体喷墨打印系统，其特征在于，包括：

打印头，用于以在同一切片层中，基于层支撑数据使用支撑材料进行打印，形成支撑结构区；基于层实体数据使用实体材料进行打印，形成实体结构区的方式执行打印操作；

其中，所述切片层包括多个单向进给区，多个单向进给区沿垂直于打印方向的方向依次排列，在同一单向进给区上具有两个相反的打印方向，以在单个打印方向上，至多打印所述支撑结构区和所述实体结构区中的一者位于所述单向进给区上的部分的方式执行打印操作；

控制器，用于控制所述打印头执行打印操作；

所述打印头与所述控制器连接。

9.根据权利要求8所述的3D物体喷墨打印系统，其特征在于，所述打印头用于以在单个所述打印方向上，仅打印所述支撑结构区和所述实体结构区中的一者位于所述单向进给区上的部分的方式，同时以先打印所述支撑结构区，后打印所述实体结构区的方式执行打印操作。

10.根据权利要求8所述的3D物体喷墨打印系统，其特征在于，两个所述相反的打印方向分别为第一方向和第二方向；所述打印头用于以在同一单向进给区上，在所述第一方向上打印所述支撑结构区与所述实体结构区中的一者位于所述单向进给区上的部分，在所述第二方向上打印另一者位于所述单向进给区上的部分的方式执行打印操作。

11.根据权利要求10所述的3D物体喷墨打印系统，其特征在于，所述打印头用于以在同一单向进给区上，先在所述第一方向上打印所述支撑结构区位于所述单向进给区上的部分，后在所述第二方向上打印所述实体结构区位于所述单向进给区上的部分的方式执行打印操作。

12.根据权利要求8-11任一项所述的3D物体喷墨打印系统，其特征在于，还包括固化装置，所述固化装置用于固化所述支撑结构区和/或所述实体结构区。

13.根据权利要求12所述的3D物体喷墨打印系统，其特征在于，所述固化装置包括温控设备和/或辐射装置。

14.根据权利要求8所述的3D物体喷墨打印系统，其特征在于，还包括数据处理器，用于将所述3D物体的模型数据转换成层支撑数据与层实体数据，所述数据处理器与所述控制器连接。

15.根据权利要求8-11和13-14任一所述的3D物体喷墨打印系统，其特征在于，所述打印头用于以逐层打印各所述切片层中的所述支撑结构区与所述实体结构区的方式执行打印操作，形成多个所述切片层，各所述切片层叠加，多个所述支撑结构区形成支撑结构，多个所述实体结构区形成实体结构，所述支撑结构与所述实体结构形成具有支撑结构的3D物体。