CN109159427A - 一种无丝3d打印方法 - Google Patents

一种无丝3d打印方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109159427A
CN109159427A CN201811159456.7A CN201811159456A CN109159427A CN 109159427 A CN109159427 A CN 109159427A CN 201811159456 A CN201811159456 A CN 201811159456A CN 109159427 A CN109159427 A CN 109159427A
Authority
CN
China
Prior art keywords
layer
line width
path
model
printing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201811159456.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109159427B (zh
Inventor
曾庆丰
王江波
聂文斌
段剑彪
张新辉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xi'an Point Biotechnology Co Ltd
Original Assignee
Xi'an Point Biotechnology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xi'an Point Biotechnology Co Ltd filed Critical Xi'an Point Biotechnology Co Ltd
Priority to CN201811159456.7A priority Critical patent/CN109159427B/zh
Publication of CN109159427A publication Critical patent/CN109159427A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109159427B publication Critical patent/CN109159427B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/30—Auxiliary operations or equipment
    • B29C64/386—Data acquisition or data processing for additive manufacturing
    • B29C64/393—Data acquisition or data processing for additive manufacturing for controlling or regulating additive manufacturing processes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y50/00—Data acquisition or data processing for additive manufacturing
    • B33Y50/02—Data acquisition or data processing for additive manufacturing for controlling or regulating additive manufacturing processes

Abstract

为了解决传统3D打印方法运用于无丝3D打印时易出现材料断线、塌陷和/或凸起等现象，以及当所需线宽远远大于挤出头直径时无法满足需求的技术问题，本发明提供了一种无丝3D打印方法，以保证无丝打印的模型成型效果。本发明将3D模型分割为多个基础层以及与每个基础层相应的补偿层，基础层和补偿层交替排布，每个补偿层的路径与其所对应的基础层路径一致；再根据基础层高、挤出补偿层高、基础线宽和配置线宽将分割模型后得到的每一层均划分为“打印路径”和“非打印路径”；最后进行无丝3D打印。

Description

一种无丝3D打印方法
背景技术
目前3D打印方法都是根据挤出头直径和材料直径计算出每毫米的挤出量，再根据打印速度计算出每秒的挤出量，也就是G-code代码中E后面的值。对于单纯的有丝FDM打印，这种方法是能够实现有丝3D打印的，但是这种方法的缺点也是无法忽略的：无丝打印时，打印材料会有一定的不确定性(例如材料不均匀、有气泡等)，运用传统的切片方法会导致打印时材料断线、塌陷和/或凸起等现象，导致模型成型不稳定。
另外，传统无丝打印方法，其打印的模型线宽都是由挤出头直径与层高决定的，但当所需线宽远远大于挤出头直径时，传统的3D打印方法是无法满足需求的。
发明内容
为了解决传统3D打印方法运用于无丝3D打印时易出现材料断线、塌陷和/或凸起等现象，以及当所需线宽远远大于挤出头直径时无法满足需求的技术问题，本发明提供了一种无丝3D打印方法，以保证无丝打印的模型成型效果。
本发明的技术方案：
一种无丝3D打印方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
步骤1，载入、显示当前待打印3D模型；
步骤2，设置打印参数，包括基础层高、基础线宽、配置线宽；其中，配置线宽等于待打印3D模型要求的打印线宽，且配置线宽为基础线宽的正整数倍；
步骤3，计算挤出补偿层高；
步骤4，根据基础层高和挤出补偿层高进行模型分层，将所述3D模型分割为多个基础层和与每个基础层相应的补偿层，基础层和补偿层交替排布；每个补偿层的路径与其所对应的基础层路径一致；
步骤5，划分打印属性
根据基础层高、挤出补偿层高、基础线宽和配置线宽，将步骤4分割模型后得到的每一层均划分为“打印路径”和“非打印路径”；
步骤6，根据步骤5划分的打印属性，生成模型路径；
步骤7，根据模型路径生成打印代码，所述打印代码指从第一层到最后一层所有的G-code代码。
进一步地，还包括步骤8，预览切片效果，检查是否每一层都有路径，若都有，则表示模型分层效果符合要求，则当前模型切片处理结束；若其中一层没有路径，则表示模型分层效果不符合要求，则转入步骤2修改打印参数后，重新进行后续步骤。
进一步地，步骤3中的挤出补偿层高采用高斯牛顿迭代算法计算。
与现有技术相比，本发明的优点：
1、本发明将传统3D打印方法中的每一层分解为基础层和补偿层两层来打印，这样可以更好、更准确地控制打印挤出量，使得模型成型更稳定。
2、根据补偿层层高结合材料特性(粘稠度、弹性、韧性)，可得到打印头打印补偿层时的挤出补偿量，当材料粘度较低并且每次挤出量较少时，可适当增大挤出量的补偿量，当材料粘度较低并且挤出量较多时，可适当减少或者取消挤出量的补偿量，进一步保证了模型成型的稳定性。
3、当所需打印线宽远远大于打印头直径时，利用本发明的方法，能够以精准、完备的路径方式实现模型成型，为材料打印与细胞活性因子的培养提供良好的准备工作。
附图说明
图1是本发明无丝3D打印方法的流程图。
图2是本发明某一基础层路径与其对应的补偿层路径示意图。
图3是打印头直径为d/2，打印线宽为5d时的打印路径示例。
图4-1为现有某支架的3D模型示意图；
图4-2是利用本发明的方法对图4-1中的3D模型进行3D切片后的模型路径示意图(配置线宽等于5倍的基础线宽，补偿层高不等于0)；
图5-1为现有某支架的3D模型示意图；
图5-2是利用本发明的方法对图5-1中3D模型进行3D切片后的模型路径示意图(配置线宽等于基础线宽,补偿层高不等于0)；
图6-1为现有某支架的3D模型示意图；
图6-2是利用本发明的方法对图6-1中3D模型进行3D切片后的模型路径示意图(补偿层高均为0，配置线宽等于5倍的基础线宽)；
图4-2和图5-2中：
a为3D模型结构示意图中从下至上第一至六层的整体示意，图中标号1-6分别为3D模型结构中从下至上的第一层、第二层、第三层、第四层、第五层和第六层；
b为图a中第一层路径示意图，第一层是基础层，填充方向为南北方向，层高为基础层高；
c为图a中第二层路径示意图，第二层是第一层的补偿层，填充方向为南北方向，层高为补偿层高；
d为图a中第三层路径示意图，第三层是基础层，填充方向为东西方向，层高为基础层高；
e为图a中第四层路径示意图，第四层是第三层的补偿层，填充方向为东西方向，层高为补偿层高；
f为图a中第五层路径示意图，第五层是基础层，填充方向为南北方向，层高为基础层高。
g为图a中第六层路径示意图，第六层是补偿层，填充方向为南北方向，层高为补偿层高。
b～g中黑色线条部分所示为打印路径；
图6-2中：
a为3D模型结构示意图中从下至上第一至三层的整体示意，图中标号1-3分别为3D模型结构中从下至上的第一层、第二层和第三层；
b为图a中第一层路径示意图，填充方向为南北方向，层高为基础层高；
c为图a中第二层路径示意图，填充方向为东西方向，层高为基础层高；
d为图a中第三层路径示意图，填充方向为南北方向，层高为基础层高；
b～d中黑色线条部分所示为打印路径。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，本发明所提供的无丝3D打印方法，包括以下步骤：
步骤1，载入、显示当前待打印3D模型；
步骤2，设置打印参数，包括基础层高、基础线宽、配置线宽；其中，配置线宽等于待打印3D模型要求的打印线宽，且配置线宽为基础线宽的正整数倍；
步骤3，计算挤出补偿层高(Compensation)；
步骤4，根据基础层高和挤出补偿层高进行模型分层，将所述3D模型分割为多个基础层和与每个基础层相应的补偿层，基础层和补偿层交替排布，即：第一层为基础层，第二层为第一层的补偿层，第三层为基础层，第四层为第三层的补偿层，……，第n层为基础层，第n+1层为第n层的补偿层；每个补偿层的路径与其所对应的基础层路径一致，如图2所示；也就是说，对于相同的路径连续打印两次，一次是基础层打印(正常打印)，一次是补偿层打印(补偿打印)。
步骤5，根据基础层高、挤出补偿层高、基础线宽和配置线宽划分打印属性，具体是将步骤4分割模型后得到的每一层均划分为“打印路径”和“非打印路径”；
步骤6，根据步骤5划分的打印属性，生成模型路径，模型路径结构成型图如图4-1、4-2、图5-1、5-2和图6-1、6-2所示示例；
步骤7，根据模型路径生成打印代码，所述打印代码指从第一层到最后一层所有的G-code代码；
步骤8，预览切片效果，检查是否每一层都有路径，若都有，则表示切片效果符合要求，当前模型切片处理结束；若其中任一层没有路径，则表示切片效果不符合要求，则转入步骤2修改打印参数后，重新切片；
步骤9，载入、显示下一个待打印3D模型，转入步骤2。
上述步骤3中的挤出补偿层高(Compensation)的计算采用高斯牛顿(Gauss-Newton)迭代算法：
已知m个点：(x1,y1),(x2,y2),...,(xm,ym)，其中x为基础层高，y为挤出补偿层高(Compensation)，函数模型为即y＝f(x,β)，其中β＝(β1,β2,...,βn)(m≥n)。
本算法的目的是找出最优β对应的x与y，使得残差平方和最小，也即残差ri最小；残差ri＝yi-f(xi,β)(i＝1,2,...,m)，因算法目的为找出残差ri的最小值，即S对β偏导数等于零，公式如下：
对βj给定初值，用迭代法逼近可得：其中k为迭代次数，Δβ为迭代量。而每次迭代函数是线性的，在βk处用泰勒级数展开可得：
公式(2)中，J为已知矩阵；
为了方便迭代，令此时残差ri可表示为Δyi：
Δyi＝yi-f(xi,βk) (3)
由公式(2)与(3)可得：
通过公式(1)与公式(4)可得：
公式(5)对应的矩阵形式为(JTJ)Δβ＝JΔy，最终迭代公式为：
其中Jf是函数f(xi,β)对β的雅阁比矩阵。通过公式(6)得到最优解β，从而得到最优解β对应的补偿层高(Compensation)。
通过以上迭代算法计算出挤出补偿层高后，可以进一步地根据打印材料的粘稠度与弹性、韧性计算得出打印头打印补偿层时的挤出补偿量(打印补偿层时，打印头移动单位距离所挤出的材料量(体积))。
挤出补偿量E＝K*打印头直径d*补偿层高h*打印头移动速度V
K为常量，一般取1-10；
关于步骤2、5中配置线宽的说明：
假设打印头直径为d/2，则基础线宽最大只能设置为d；而由于打印材料与所需培养细胞的不同特性，若要求模型的打印线宽远大于打印头直径(例如要求打印线宽为5d)时，仅通过基础线宽的设置是无法实现打印线宽为5d的，因此，本发明增加了配置线宽，在步骤2中根据模型要求的打印线宽设置配置线宽，在步骤5划分打印属性时考虑了基础线宽和配置线宽参数，由此生成的模型路径其线宽便是要求打印线宽。
如图3所示，若打印头直径为d/2，但要求打印线宽为5d，则可设置基础线宽为d，配置线宽为5d，生成模型路径，假定第n层路径如图3所示，为方便描述，将图3中的打印路径从上至下依次记为路径区域一、路径区域二、路径区域三、路径区域四、路径区域五，由于配置线宽为基础线宽的5倍，因此在打印时，从路径区域一的右上起，以基础线宽d连续往返打印共5次(即按照路径区域一的路径打印)；路径区域一打印完成后，打印头就近移动至路径区域二，从路径区域二的左上起，以基础线宽d连续往返打印共5次(即按照路径区域一的路径打印)；按照此方法，直至打印完成路径区域五，至此，便完成了模型的第n层路径打印，且打印线宽为5d。

Claims (3)

1.一种无丝3D打印方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，载入、显示当前待打印3D模型；
步骤2，设置打印参数，包括基础层高、基础线宽、配置线宽；其中，配置线宽等于待打印3D模型要求的打印线宽，且配置线宽为基础线宽的正整数倍；
步骤3，计算挤出补偿层高；
步骤4，根据基础层高和挤出补偿层高进行模型分层，将所述3D模型分割为多个基础层和与每个基础层相应的补偿层，基础层和补偿层交替排布；每个补偿层的路径与其所对应的基础层路径一致；
步骤5，划分打印属性
根据基础层高、挤出补偿层高、基础线宽和配置线宽，将步骤4模型分层后得到的每一层均划分为“打印路径”和“非打印路径”；
步骤6，根据步骤5划分的打印属性，生成模型路径；
步骤7，根据模型路径生成打印代码，所述打印代码指从第一层到最后一层所有的G-code代码。
2.根据权利要求1所述的无丝3D打印方法，其特征在于：还包括
步骤8，预览切片效果，检查是否每一层都有路径，若都有，则表示模型分层效果符合要求，则当前模型切片处理结束；若其中一层没有路径，则表示模型分层效果不符合要求，则转入步骤2，修改打印参数。
3.根据权利要求1或2所述的无丝3D打印方法，其特征在于：步骤3中的挤出补偿层高采用高斯牛顿迭代算法计算。
CN201811159456.7A 2018-09-30 2018-09-30 一种无丝3d打印方法 Active CN109159427B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811159456.7A CN109159427B (zh) 2018-09-30 2018-09-30 一种无丝3d打印方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811159456.7A CN109159427B (zh) 2018-09-30 2018-09-30 一种无丝3d打印方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109159427A true CN109159427A (zh) 2019-01-08
CN109159427B CN109159427B (zh) 2020-06-09

Family

ID=64877462

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811159456.7A Active CN109159427B (zh) 2018-09-30 2018-09-30 一种无丝3d打印方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109159427B (zh)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011246575A (ja) * 2010-05-26 2011-12-08 Seiko Epson Corp 造形用スラリー及び造形方法
CN104626585A (zh) * 2015-01-27 2015-05-20 清华大学 一种用于sla3d打印机的平面分割方法及装置
US20160016336A1 (en) * 2014-07-17 2016-01-21 MTU Aero Engines AG Equipment and method for the generative manufacture and/or repair of components
CN105710368A (zh) * 2016-03-03 2016-06-29 西安铂力特激光成形技术有限公司 用于逐层制造三维物体的扫描路径规划方法及扫描方法
CN105751495A (zh) * 2014-12-19 2016-07-13 三纬国际立体列印科技股份有限公司 立体打印装置及其打印补偿方法
CN106424726A (zh) * 2016-09-29 2017-02-22 苏州大学 激光成形均匀变宽零件的方法
CN107053662A (zh) * 2017-05-02 2017-08-18 宁波创导三维医疗科技有限公司 一种光固化硅胶3d打印装置及其打印方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011246575A (ja) * 2010-05-26 2011-12-08 Seiko Epson Corp 造形用スラリー及び造形方法
US20160016336A1 (en) * 2014-07-17 2016-01-21 MTU Aero Engines AG Equipment and method for the generative manufacture and/or repair of components
CN105751495A (zh) * 2014-12-19 2016-07-13 三纬国际立体列印科技股份有限公司 立体打印装置及其打印补偿方法
CN104626585A (zh) * 2015-01-27 2015-05-20 清华大学 一种用于sla3d打印机的平面分割方法及装置
CN105710368A (zh) * 2016-03-03 2016-06-29 西安铂力特激光成形技术有限公司 用于逐层制造三维物体的扫描路径规划方法及扫描方法
CN106424726A (zh) * 2016-09-29 2017-02-22 苏州大学 激光成形均匀变宽零件的方法
CN107053662A (zh) * 2017-05-02 2017-08-18 宁波创导三维医疗科技有限公司 一种光固化硅胶3d打印装置及其打印方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN109159427B (zh) 2020-06-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11485056B2 (en) Method for printing of three-dimensional objects
US20240092012A1 (en) Method and system for rotational 3d printing
US11872766B2 (en) System and method for additive manufacturing of an object
US11347908B2 (en) Intelligent additive manufacturing
US20170348914A1 (en) System and method for depositing liquids
CN107554076B (zh) 一种纳米银喷墨打印墨滴边界对齐优化方法及打印机
US10105903B2 (en) System and method for additive manufacturing of an object
CN108846148A (zh) 一种面向3d打印的基于tpms的模型结构优化方法和装置
JP6366143B2 (ja) ディザマスク生成方法及び装置、並びにプログラム
CN109159427A (zh) 一种无丝3d打印方法
CN110116551A (zh) 打印均匀度校正方法、装置、介质、设备、系统及打印机
CN109049719A (zh) 一种无丝3d打印方法
CN109049720A (zh) 一种无丝3d打印方法
CN107718530B (zh) 打印方法、打印装置及打印机
CN114147970A (zh) 一种3d打印机自动补偿平台的方法
CN106042376B (zh) 一种3d打印平台
CN204052092U (zh) 一种基于3d打印原理的led荧光粉涂覆系统
CN107160683B (zh) 一种多激光光源成型3d打印机
CN207747417U (zh) 一种3d打印机成型平台升降机构
CN206812357U (zh) 一种多模腔注塑模具
WO2022208495A1 (en) System and method for high throughput three-dimensional printing

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant