CN108656557A - 一种基于切片图形的二维变尺度扫描成型3d打印技术 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于切片图形的二维变尺度扫描成型3D打印技术，主要包括：切片图形区域划分技术、变尺度扫描成型技术和多喷嘴线阵打印模块。切片图形区划分技术可以将每一个模型切片层的切片图形或其支撑图形划分为内、外轮廓区域以及模型填充区域或支撑填充区域；变尺度扫描成型技术可以按照划分好的内、外轮廓区域以及模型填充区域或支撑填充区域分别采用单线扫描成型方式和多线扫描成型的方式进行变尺度扫描打印。多喷嘴线阵打印模块由多个规格相同、形状相同的打印喷嘴组成，多个喷嘴呈直线排列成一个整体打印模块，每一个喷嘴有独立开关控制其打印材料的挤出。多喷嘴线阵打印模块可绕打印模块中心对称轴旋转。

Description

一种基于切片图形的二维变尺度扫描成型3D打印技术
技术领域
本发明涉及一种基于切片图形的二维变尺度扫描成型3D打印技术，属于增材制造技术中的路径规划与扫描打印技术，涉及机械设计与制造、计算机技术等领域。
背景技术
3D打印技术目前受到诸如打印材料、打印工艺、成型精度、制造效率等因素的影响，在很多应用领域还不能满足实际生产需要。虽然从打印材料、打印工艺、路径规划等方面的改善能够从一定程度上提高了打印精度和打印速度，但是如FDM、SLA、SLS等采用线扫描成型方式的3D打印技术，成型速度仍然比采用面成型方式的DLP 3D打印技术打印速度慢，仍然没有解决打印速度与成型精度的问题。
本发明提出的基于切片图形的二维变尺度扫描成型3D打印技术，通过对切片图形进行区域划分，并依据划分的区域和子区域分别采用单线扫描成型和多线扫描成型方式，保证打印精度同时，能大大提高打印成型速度。
发明内容
本发明解决其技术问题采用如下技术方案。
基于切片图形的二维变尺度扫描成型3D打印技术，主要包括：
切片图形区域划分技术、变尺度扫描成型技术和多喷嘴线阵打印模块。
其中：
切片图形区划分技术可以将每一个模型切片层的切片图形或其支撑图形划分为内、外轮廓区域以及模型填充区域或支撑填充区域。
变尺度扫描成型技术可以按照划分好的内、外轮廓区域以及模型填充区域或支撑填充区域分别采用单线扫描成型方式和多线扫描成型的方式进行变尺度扫描打印。
在一些实施方式中，所述的切片图形区域划分技术，可根据扫描路径算法将模型填充区域和支撑填充区域设置成不同尺度的子区域。
在一些实施方式中，所述的变尺度扫描成型技术包括单线扫描成型方式和多线扫描成型方式；单线扫描成型方式采用多喷嘴线阵打印模块中的1个喷嘴对内、外轮廓区域或填充区域的子区域进行单线扫描打印成型；多线扫描成型方式采用多喷嘴线阵打印模块中的全部或部分喷嘴对填充区域的子区域进行扫描打印成型，针对不同尺度的子区域依据打印路径的规划可使用不同数量的喷嘴进行变尺度扫描成型。
在一些实施方式中，所述的多喷嘴线阵打印模块，由多个规格相同、形状相同的打印喷嘴组成，多个喷嘴呈直线排列成一个整体打印模块，每一个喷嘴有独立开关控制其打印材料的挤出。
在一些实施方式中，所述的多喷嘴线阵打印模块可绕打印模块中心对称轴旋转，并实时随扫描打印路径方向调节打印模块的旋转角度，使得打印模块的喷嘴直线排列方向与扫描路径的法向方向一致。
本发明的有益效果在于：二维切片图形的变尺度扫描成型，依据划分的轮廓区域、填充区域的子区域，选择单线或多线打印扫描成型方式；内、外轮廓区域采用单喷嘴的单线扫描成型，能够保证内、外轮廓的精细度；而填充区域采用多喷嘴多线扫描成型方式，能够大大缩短扫描路径长度；因此本发明能够在保证内、外轮廓结构的精细度的同时，可大大提高填充区域的打印成型速度；可以预见的是，零件模型中的填充区域尺寸越大，多喷嘴线阵打印模块中喷嘴的数量越多，打印时间越短，速度提高的越大。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1是根据本发明的二维切片图形的变尺度扫描成型的3D打印技术的一个实施例的二维切片图形区域划分示意图。
图2是根据本发明的二维切片图形的变尺度扫描成型的3D打印技术的一个实施例的填充区域的子区域划分示意图。
图3是根据本发明的二维切片图形的变尺度扫描成型的3D打印技术的一个实施例的多喷嘴线阵打印模块示意图。
图4是根据本发明的二维切片图形的变尺度扫描成型的3D打印技术的一个实施例的内、外轮廓区域单线扫描成型示意图。
图5是根据本发明的二维切片图形的变尺度扫描成型的3D打印技术的一个实施例的针对填充区域子区域的多线扫描成型示意图。
图6是根据本发明的二维切片图形的变尺度扫描成型的3D打印技术的一个实施例的多喷嘴线阵打印模块方向随打印路径法向一致的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。
请参考图1，其示出了本发明的二维切片的变尺度扫描成型的3D打印技术的一个实施例的二维切片图形区域划分示意图，将切片图形及其支撑图形划分为内、外轮廓区域以及模型填充区域或支撑填充区域；本实施例为了仅说明区域划分方式，本切片图形不包括支撑区域，如果切片图形含有支撑材料的图形区，则另划分为支撑填充区；其中外轮廓区域是由外轮廓向内偏置一定尺寸形成的区域，内轮廓区域是由内轮廓向外偏置一定尺寸形成的区域。
图2示出了该实施例的填充区域的子区域划分示意图，填充区域可划分成若干个子区域，子区域的划分数量与形状不是唯一的，可由路径算法来确定；原则上子区域的划分可按照从大到小的区域进行划分，并避免子区域的数量过多。
图3示出了该实施例的多喷嘴线阵打印模块示意图，多喷嘴线阵打印模块的喷嘴数量为至少2个，最多则不限，数量越多对提高打印速度提高越明显；为了便于说明，本实施例不失一般性地将喷嘴数设置为4个；喷嘴呈一条直线排列；图中的O点为打印模块喷嘴的线性排列中心，也是该模块旋转中心轴所在点；打印喷嘴模块可绕中心轴旋转，以便打印时沿打印路径的方向进行角度调整。
图4示出了该实施例的内、外轮廓区域单线扫描成型示意图，在对内、外轮廓进行扫描打印时，只采用打印模块中的一个喷嘴进行打印，这有利于保持轮廓打印路径的封闭性和轮廓的精细度。
图5示出了填充区域的子区域多线扫描成型示意图，在对填充区域进行打印时，按照划分的子区域分别确定多线扫描的路径，对于超过线阵打印模块整体打印尺度的大的子区域，可以按打印模块中全部喷嘴数设置多线打印路径；对于小于线阵打印模块整体打印尺度的小的子区域，可以用打印模块中的部分喷嘴数设置多线打印路径；对于仅有一个喷嘴宽度的子区域可以采用单喷嘴进行打印。
设置子区域打印路径时，可根据打印过程调整打印喷嘴的数量；图5中不失一般性地给出了3个子区域的打印路径；子区域1可用线阵打印模块的全部4个喷嘴进行沿子区域1中的路径L1一次扫描打印完成；子区域2可用线阵打印模块中的3个喷嘴沿子区域3中的路径L1、L2、L3扫描打印完成；子区域3含有路径L1至L7，其中L1至L6的6条路径采用线阵打印模块的全部4个喷嘴进行扫描打印，最后的L 7用线阵打印模块的1个喷嘴打印完成。
图6示出了多喷嘴线阵打印模块方向随打印路径法向一致的示意图，本实施例的多喷嘴线阵打印模块具有线性排列的多喷嘴结构，打印模块可绕打印模块的中心轴旋转，在打印路径的方向发生变化时，打印模块的线阵喷嘴排列方向始终要与打印路径的法向保持一致，这样能够保持同一路径的打印宽度不发生变化。
如果切片图形中含有支撑材料区，可按照图2所示的子区域划分方法进行子区域划分，按图5所示的子区域多线扫描方式进行路径设置和多线打印；支撑材料的打印区域需要设置相应的支撑区域打印参数。

Claims (5)

1.一种基于切片图形的二维变尺度扫描成型3D打印技术，其特征在于，该3D打印技术包括切片图形区域划分技术、变尺度扫描成型技术和多喷嘴线阵打印模块。其中：
所述的切片图形区划分技术可以将每一个模型切片层的切片图形或其支撑图形划分为内、外轮廓区域以及模型填充区域或支撑填充区域。
所述的变尺度扫描成型技术可以按照划分好的内、外轮廓区域以及模型填充区域或支撑填充区域分别采用单线扫描成型方式和多线扫描成型的方式进行变尺度扫描打印。
2.根据权利要求1所述的切片图形区域划分技术，其特征在于：可根据扫描路径算法将模型填充区域和支撑填充区域设置成不同尺度的子区域。
3.根据权利要求1所述的变尺度扫描成型技术，其特征在于：单线扫描成型方式采用多喷嘴线阵打印模块中的1个喷嘴对内、外轮廓区域或填充区域的子区域进行单线扫描打印成型；多线扫描成型方式采用多喷嘴线阵打印模块中的全部或部分喷嘴对填充区域的子区域进行扫描打印成型，针对不同尺度的子区域依据打印路径的规划可使用不同数量的喷嘴进行变尺度扫描成型。
4.根据权利要求1所述的多喷嘴线阵打印模块，其特征在于：由多个规格相同、形状相同的打印喷嘴组成，多个喷嘴呈直线排列成一个整体打印模块，每一个喷嘴有独立开关控制其打印材料的挤出。
5.根据权利要求1所述的多喷嘴线阵打印模块，其特征在于：可绕打印模块中心对称轴旋转，实时随扫描打印路径方向调节打印模块的旋转角度，使得打印模块的喷嘴直线排列方向与扫描路径的法向方向一致。
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