CN109094003B - 薄壁件的打印方法及其打印机和薄壁打印件 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的一种薄壁件的打印方法，包括当所述薄壁件的壁厚小于壁厚预设值时，激光束以所述薄壁件的边轨迹线拟合出单条的扫描路径进行扫描一次成型薄壁结构的步骤。本发明优化设计拟合的单条扫描路径代替2条边轨迹线一次成型，扫描路径短，耗时少，且打印厚度可精准至所需厚度值，适于薄壁打印件的快速成型；本发明的打印机成型效率高，成型精度好，成型的薄壁件产品的壁厚可以小于0.1mm。

Description

薄壁件的打印方法及其打印机和薄壁打印件
技术领域
本发明涉及打印技术领域，特别是指一种薄壁件的打印方法及其打印机和薄壁打印件。
背景技术
本部分旨在为权利要求书中陈述的本发明的实施方式提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是现有技术。
3D(three-dimensional，三维)打印机又称三维打印机，是一种利用快速成形技术，以数字模型文件为基础，采用金属或非金属材料制成的待成型粉末按预设路径逐层打印平铺，然后逐层熔化/融化，最后固化堆积成型来构造三维的实体的打印设备。现有3D打印过程采用激光扫描路径包括实体的轮廓和实体填充部分，该方法需进行多次来回多次扫描固化或融化，在成型较薄壁厚实体时，分别扫描薄壁件的轮廓和填充部分，扫描效率低，耗时长，且激光扫描本身有一定的光斑直径，尤其是扫描成型时需设定一定的光斑补偿(即光斑直径的中心向内部偏移或缩进有限的距离)以避免成型的打印件的实际壁厚大于所需的产品壁厚，而在薄壁件打印时，存在光斑补偿设置最小值时扫描轮廓线仍超出待扫描区域而无法打印的情形，或者更接近另一侧扫描轮廓线使得最终成型的打印件的实际壁厚远大于所需的产品壁厚。
发明内容
鉴于以上内容，有必要提供一种改进的薄壁件的打印方法，其成型厚度精确、扫描路径短，其打印机成型效率高，适合薄壁件的成型。
本发明提供的技术方案为：一种薄壁件的打印方法，包括当所述薄壁件的壁厚小于壁厚预设值时，激光束以所述薄壁件的边轨迹线拟合出单条的扫描路径进行扫描成型薄壁结构的步骤。
进一步地，所述边轨迹线为所述薄壁件的边缘轮廓。
进一步地，所述边轨迹线有2条。
进一步地，在扫描平面区域选取任一条所述边轨迹线上的若干点作出垂线，若干垂线与另一条所述边轨迹线相交，选取若干垂线在2条所述轨迹线之间的线段中点拟合成所述扫描路径。
进一步地，在扫描平面区域沿X方向作与2条所述轨迹线相切的若干圆，取若干圆的圆心拟合成所述扫描路径。
进一步地，所述壁厚预设值为激光束的光斑直径与倍率的乘积。
进一步地，倍率为1。
本发明进一步提供应用所述的薄壁件的打印方法的打印机，包括激光扫描装置，所述激光扫描装置设置有所述扫描路径的拟合生成程序。
本发明还提供应用所述的薄壁件的打印方法成型的薄壁打印件，所述薄壁打印件的壁厚小于0.1mm。
与现有技术相比，本发明提供的一种薄壁件的打印方法，包括当所述薄壁件的壁厚小于壁厚预设值时，激光束以所述薄壁件的边轨迹线拟合出单条的扫描路径进行扫描一次成型薄壁结构的步骤。本发明优化设计拟合的单条扫描路径代替2条边轨迹线，扫描路径短，耗时少，且打印厚度可精准至所需厚度值，适于薄壁打印件的快速成型；本发明的打印机成型效率高，成型精度好，成型的薄壁件产品的壁厚可以小于0.1mm。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明的薄壁件的打印方法流程图。
图2为本发明拟合的扫描路径的一实施方式。
图3为本发明拟合的扫描路径的又一实施方式。
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明实施例。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明实施例的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施方式中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明实施例，所描述的实施方式仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明实施例保护的范围。
本文中“小于”包含等于的情形。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明实施例的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明实施例。
3D打印过程一般包括以下基本步骤：
1)计算机建模软件建模或准备现有数字模型文件；
2)将数字模型文件输入3D打印设备，如采用SD卡或USB盘拷贝等方式；
3)3D打印设备扫描输入的数字模型文件中的横截面信息(即平面X-Y方向上边轨迹线及填充路径)；
4)采用液体状、粉状或片状的材料将步骤3)中获取的横截面逐层打印平铺；
5)采用融化/熔化等方式使得步骤4)中打印平铺的逐层截面粘合起来，形成具有厚度(Z方向)的立体形状的实体。
请参阅图1，一种薄壁件的打印方法，上述步骤3)中包括当所述薄壁件的壁厚小于壁厚预设值时，激光束以所述薄壁件的边轨迹线拟合出单条的扫描路径进行扫描成型薄壁结构的步骤。也即完整的3D打印步骤为：
1)计算机建模软件建模或准备现有数字模型文件；
2)将数字模型文件输入3D打印设备，如采用SD卡或USB盘拷贝等方式；
3)3D打印设备扫描输入的数字模型文件中的横截面信息(即平面X-Y方向上的边轨迹线及填充路径)；
4)采用液体状、粉状或片状的材料将步骤3)中获取的横截面逐层打印平铺；
5)采用激光束扫描以融化/熔化步骤4)中打印平铺的逐层截面粘合起来，形成具有厚度(Z方向)的立体形状的实体；
其中：
当所述薄壁件的壁厚小于壁厚预设值时，激光束以所述薄壁件的边轨迹线拟合出单条的扫描路径进行扫描一次成型薄壁结构。拟合的单条扫描路径确保薄壁件具有合适的扫描路径，且成型的实际壁厚接近或等于产品的所需壁厚值。
在一具体实施方式中，步骤3)中所述边轨迹线为单层扫描区域内所述薄壁件的边缘轮廓。可以理解，所述边轨迹线也可以是考虑打印误差(光斑补偿)而设置的沿所述薄壁件的边缘轮廓的内侧线条。
在一具体实施方式中，步骤3)中所述边轨迹线有2条。
扫描路径的较佳拟合方式一：
在扫描平面区域的原点出发，选取任一条所述边轨迹线上的若干点作出垂线，若干垂线与另一条所述边轨迹线相交，选取若干垂线在2条所述轨迹线之间的线段中点拟合成所述扫描路径。
在一具体实施方式中，图2显示有2条边轨迹线，为曲线形，取其一边轨迹线上等间距分布的若干点M，以若干点为起点作所在边轨迹线的垂线，垂线相交于另一边轨迹线上的点N，选取若干垂线在2条所述轨迹线之间的MN线段的中点O，采用最小二乘法拟合全部中点O形成曲线即扫描路径。可以理解，等间距分布若干点M为便于程序编程和计算机运算，点M的个数在打印机可识别的倍率下一般越多越精确，拟合的曲线越准确。拟合函数不限定为最小二乘法。
扫描路径的较佳拟合方式二：
在扫描平面区域沿X方向作与2条所述轨迹线相切的若干圆，取若干圆的圆心C拟合成所述扫描路径。
在一具体实施方式中，图3所示有2条边轨迹线，为直线形，设定轨迹线为X轴，以扫描平面区域的原点出发，沿X轴方向等分若干区域作与2条所述轨迹线相切的若干圆，取若干圆的圆心拟合成新的扫描路径。可以理解，X轴的方向还可以与边轨迹线相交，对于直线型边轨迹线，X轴设置不应与边轨迹线垂直。等分若干区域为便于程序编程和计算机运算，等分数量在打印机可识别的倍率下一般越大越精确，拟合的曲线越准确。
可以理解，扫描路径组合或异形的薄壁件(比如类似T或⊥或φ等形状)打印时也可参照使用，2条轨迹线依然选择实体两侧的相邻轮廓线，单条扫描轨迹加壁厚值与扫描轨迹曲线即可打印出复杂薄壁结构，成型的薄壁打印件，其壁厚小于0.1mm。
在一具体实施方式中，所述壁厚预设值为激光束的光斑直径。可以理解，所述壁厚预设值还可以是激光的光斑直径的其他倍率值，如1.5、2.0等。
一种打印机，包括激光扫描装置，所述激光扫描装置设置有如下扫描路径的拟合生成程序：
拟合程序一：在扫描平面区域的原点出发，选取任一条所述边轨迹线上的若干点作出垂线，若干垂线与另一条所述边轨迹线相交，选取若干垂线在2条所述轨迹线之间的线段中点拟合成所述扫描路径。
拟合程序二：在扫描平面区域沿X方向作与2条所述轨迹线相切的若干圆，取若干圆的圆心拟合成所述扫描路径。
所述打印机还包括控制处理器、打印头、耗材等。
所述打印机的打印过程如下：
1)计算机建模软件建模或准备现有数字模型文件；
2)将数字模型文件输入3D打印设备，如采用SD卡或USB盘拷贝等方式；
3)3D打印设备扫描输入的数字模型文件中的横截面信息(即平面X-Y方向上的边轨迹线及填充路径)；
4)采用液体状、粉状或片状的材料将步骤3)中获取的横截面逐层打印平铺；
5)采用激光束扫描融化/熔化步骤4)中打印平铺的逐层截面粘合起来，形成具有厚度(Z方向)的立体形状的实体；其中：
当所述薄壁件的壁厚小于壁厚预设值时，激光束以所述薄壁件的边轨迹线拟合出单条的扫描路径进行扫描一次成型薄壁结构。拟合的单条扫描路径确保薄壁件具有合适的扫描路径，且成型的实际壁厚接近或等于产品的所需壁厚值。
综上，本发明以拟合的单条扫描轨迹代替多条边轨迹线一次扫描成型，扫描效率和成型精度高，满足薄壁件的精细化成型，为薄壁打印产品的轻质化奠定基础。
以上实施方式仅用以说明本发明实施例的技术方案而非限制，尽管参照以上较佳实施方式对本发明实施例进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明实施例的技术方案进行修改或等同替换都不应脱离本发明实施例的技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种薄壁件的打印方法，其特征在于，包括当所述薄壁件的壁厚小于壁厚预设值时，激光束以所述薄壁件的边轨迹线拟合出单条的扫描路径进行扫描成型薄壁结构的步骤；所述扫描路径为以一条边轨迹线上的点作垂线相交于另一条边轨迹线得到的线段的中点拟合出的曲线或为与两条边轨迹线相切圆的圆心拟合成的曲线；所述壁厚预设值为激光束的光斑直径与倍率的乘积，其中所述倍率为1、1.5或2.0。
2.根据权利要求1所述的薄壁件的打印方法，其特征在于：所述边轨迹线为所述薄壁件的边缘轮廓。
3.根据权利要求1所述的薄壁件的打印方法，其特征在于：在扫描平面区域选取任一条所述边轨迹线上等间距分布的点作出垂线，每一垂线与另一条所述边轨迹线相交，选取每一垂线在两条所述轨迹线之间的线段中点拟合成所述扫描路径。
4.根据权利要求1所述的薄壁件的打印方法，其特征在于：在扫描平面区域沿X方向等分区域作与两条所述轨迹线相切的圆，取每一圆的圆心拟合成所述扫描路径。
5.一种应用如权利要求1至4中任一项所述的薄壁件的打印方法的打印机，包括激光扫描装置，其特征在于：所述激光扫描装置设置有所述扫描路径的拟合生成程序。
6.一种应用如权利要求1至4中任一项所述的薄壁件的打印方法成型的薄壁打印件，其特征在于：所述薄壁打印件的壁厚小于0.1mm。
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