CN110281345A - 建筑3d打印线宽补偿方法及系统 - Google Patents

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
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Abstract

本发明涉及一种建筑3D打印线宽补偿方法及系统,该方法包括如下步骤:3D打印过程中,实时获取打印线条的实际宽度;依据线条的设计宽度,计算出所获取的打印线条的实际宽度与所述线条的设计宽度的差值;以及判断计算得出的差值是否在允许范围内,若否,则调节3D打印机的行走速度和/或出料速度以使所述差值在允许范围内。本发明的建筑3D打印线宽补偿方法通过实时监控打印线条的实际宽度,比对设计宽度和实际宽度,在两者的差值超出允许范围时,自动调节3D打印机的行走速度和/或出料速度以使得3D打印线条的实际宽度接近设计宽度,实现了实时检测,实时打印,实时调整,从而提高打印形成的构件的质量和精度。

Description

建筑3D打印线宽补偿方法及系统
技术领域
本发明涉及建筑施工工程领域,特指一种建筑3D打印线宽补偿方法及系统。
背景技术
建筑3D打印使用的材料是水泥砂浆,其颗粒度大,流动性差,因此实际打印期间轨迹线条宽度与设计宽度、出料口尺寸不完全一致。
3D打印机包括机架和设置在机架上的送料器,机架可沿XYZ三个方向进行移动,从而使得3D打印机在三维空间内可移动至任意所需的位置,送料器上设置有螺旋杆和出料口,通过螺旋杆的旋转而将料从出料口处送出并在打印位置形成打印线条。
其中机架的行走速度、螺旋杆的旋转速度、出料口的直径、砂浆流动性以及打印单层高等因素之间互相制约、限制,在螺杆轴旋转过快,容易导致材料内部出现旋转空腔,导致不出料;出料口过小,那么料筒到小出料口的变径部分,就会造成很大的流速损耗,甚至管道堵塞,导致不出料;砂浆流动性好,就难以控制出料后的成型,流动性不好,容易导致线条外表面粗造不平;机架行走速度过快,容易将出料线条拉细,甚至拉变形;行走过慢,容易导致线条变粗;因此这几个因素要设计成最优组合,才能在保证出料完好的情况下,提高打印速度,从而提高打印效率。而现有技术中,通常是依据所需的结构尺寸来设定好机架的行走速度和螺旋杆的旋转速度,而后依据该设定的行走速度和旋转速度进行3D打印作业,由于缺少反馈调节,而使得在上述各因素的相互影响下,所获得的3D打印构件在精度上难以满足设计要求。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷,提供一种建筑3D打印线宽补偿方法及系统,解决现有的3D打印机过程缺少反馈调节而使得获得的打印构件在精度上难以满足设计要求的问题。
实现上述目的的技术方案是:
本发明提供了一种建筑3D打印线宽补偿方法,包括如下步骤:
3D打印过程中,实时获取打印线条的实际宽度;
依据线条的设计宽度,计算出所获取的打印线条的实际宽度与所述线条的设计宽度的差值;以及
判断计算得出的差值是否在允许范围内,若否,则调节3D打印机的行走速度和/或出料速度以使所述差值在允许范围内。
本发明的建筑3D打印线宽补偿方法通过实时监控打印线条的实际宽度,比对设计宽度和实际宽度,在两者的差值超出允许范围时,自动调节3D打印机的行走速度和/或出料速度以使得3D打印线条的实际宽度接近设计宽度,实现了实时检测,实时打印,实时调整,这样的反馈能够提高3D打印的质量,从而提高打印形成的构件的精度。
本发明的补偿方法的进一步改进在于,调节3D打印机的行走速度和/或出料速度的步骤,包括:
在所述差值大于所述允许范围的正值时,减小所述3D打印机上螺旋杆的旋转速度和/或增大所述3D打印机的行走速度以减小打印线条的宽度;
在所述差值小于所述允许范围的负值时,增大所述3D打印机上螺旋杆的旋转速度和/或减小所述3D打印机的行走速度以增加打印线条的宽度。
本发明的补偿方法的进一步改进在于,实时获取打印线条的实际宽度的步骤,包括:
于所述3D打印机的出料管上安装测距仪;
利用所述测距仪实时监测所述打印线条的宽度。
本发明的补偿方法的进一步改进在于,还包括:
在完成一层的打印作业之后,停止所述3D打印机上螺旋杆的旋转,垂直方向进行提刀,然后增大所述3D打印机的行走速度以使所述3D打印机移动至下一层的打印位置。
本发明的补偿方法的进一步改进在于,还包括进行断点打印:
停止所述3D打印机上螺旋杆的旋转,将所述3D打印机移动至断点的开始位置处;
在下刀过程中先控制所述3D打印机上的螺旋杆低速旋转以使得出料口处有料悬挂,而后控制所述3D打印机上的螺旋杆以标准速度进行旋转并同步控制所述3D打印机沿打印路径行走;
在3D打印机位于断点的终止位置时,提到时停止螺旋杆的旋转,并将3D打印机移动至后续的打印位置处。
本发明还提供了一种建筑3D打印线宽补偿系统,包括:
采集模块,用于在3D打印过程中实时获取打印线条的实际宽度;
与所述采集模块连接的计算模块,用于依据线条的设计宽度计算得出所获取的打印线条的实际宽度与所述线条的设计宽度的差值;以及
与所述计算模块连接的处理模块,所述处理模块还控制连接3D打印机,所述处理模块用于判断所述差值是否在允许范围内,在判断所述差值超出所述允许范围时,控制调节所述3D打印机的行走速度和/或出料速度以使所述差值在允许范围内。
本发明的系统的进一步改进在于,所述处理模块在控制调节所述3D打印机的行走速度和/或出料速度时,进一步判断所述差值的正负,
在判断所述差值大于所述允许范围的正值时,所述处理模块控制减小所述3D打印机上螺旋杆的旋转速度和/或增大所述3D打印机的行走速度以减小打印线条的宽度;
在判断所述差值小于所述允许范围的负值时,所述处理模块控制增大所述3D打印机上螺旋杆的旋转速度和/或减小所述3D打印机的行走速度以增加打印线条的宽度。
本发明的系统的进一步改进在于,还包括安装于所述3D打印机的出料管上的测距仪;
所述采集模块与所述测距仪通信连接,利用所述测距仪实时监测所述打印线条的宽度。
本发明的系统的进一步改进在于,所述处理模块在所述3D打印机完成一层的打印作业后,停止所述3D打印机上螺旋杆的旋转,垂直方向进行提刀,然后控制所述3D打印机的行走速度变大以使得所述3D打印机移动至下一层的打印位置。
本发明的系统的进一步改进在于,所述处理模块控制所述3D打印机上螺旋杆停止旋转,并控制所述3D打印机行走至断点的开始位置处,在下刀过程中所述处理模块先控制所述3D打印机上的螺旋杆以低速进行旋转使得出料口处有料悬挂,而后控制所述3D打印机上的螺旋杆以标准速度进行旋转并同步控制所述3D打印机沿打印路径行走;
在3D打印机位于断点的终止位置时,提到时所述处理模块停止螺旋杆的旋转,并控制3D打印机移动至后续的打印位置处。
附图说明
图1为本发明建筑3D打印线宽补偿方法的流程图。
图2为本发明建筑3D打印线宽补偿系统的系统图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
参阅图1,本发明提供了一种建筑3D打印线宽补偿方法及系统,用于提高打印精度,对打印线条的宽度进行实时监控,依据打印线条的实际宽度对3D打印机进行实时调整,以令打印线条的实际宽度接近于或等于设计宽度,从而确保了打印形成的构件的质量。下面结合附图对本发明建筑3D打印线宽补偿方法及系统进行说明。
参阅图2,显示了本发明建筑3D打印线宽补偿系统的系统图。下面结合图2,对本发明建筑3D打印线宽补偿系统进行说明。
如图2所示,本发明的建筑3D打印线宽补偿系统包括采集模块21、计算模块22以及处理模块23,采集模块21与计算模块22连接,计算模块22与处理模块23连接。
其中采集模块21用于在3D打印过程中实时获取打印线条的实际宽度;计算模块22接收到采集模块21采集的打印线条的实际宽度,依据线条的设计宽度计算得出该打印线条的实际宽度与线条的设计宽度的差值;处理模块23接收到计算模块22计算得出的差值,处理模块23还控制连接3D打印机,处理模块23用于判断差值是否在允许范围内,在判断差值超出允许范围时,控制调节3D打印机的行走速度和/或出料速度以使差值在允许范围内。其中的允许范围依据设计误差来选定,较佳地可将允许范围设定在±1mm之间。
作为本发明的一较佳实施方式,处理模块23在控制调节3D打印机的行走速度和/或出料速度时,进一步判断差值,在判断差值大于所述允许范围的正值时(如大于+1mm),此时表明打印线条的实际宽度大于线条的设计宽度,处理模块23控制减小3D打印机上螺旋杆的旋转速度和/或增大3D打印机的行走速度以减小打印线条的宽度;在判断差值小于所述允许范围的负值时(如小于-1mm),此时表明打印线条的实际宽度小于线条的设计宽度,处理模块23控制增大3D打印机上螺旋杆的旋转速度和/或减小3D打印机的行走速度以增加打印线条的宽度。
具体地,3D打印机上的螺旋杆通过旋转而实现出料,且螺旋杆的旋转速度与出料量有一定的关系,在3D打印机的机架行走速度不变时,螺旋杆的旋转速度加快,打印线条的宽度会变大,反之就会变小;在螺旋杆的旋转速度不变时,3D打印机的机架行走速度加快,打印线条的宽度会变小,反之就会变大。故,在差值为正,线条的实际宽度大于设计宽度时,通过减小螺旋杆的旋转速度,就会令线条的宽度变小,从而接近于设计宽度;还可以通过增大3D打印机的机架的行走速度,这样也会使得线条的宽度变小而接近于设计宽度;还可以同时配合调节行走速度和旋转速度,减小螺旋杆的旋转速度同时也增大3D打印机的机架的行走速度,从而减小线条的宽度而使其接近于设计宽度。
较佳地,处理模块23调节螺旋杆的旋转速度和3D打印机的机架行走速度时,进行快速、无级微调,调节后通过下一时刻的实际宽度形成的差值来判断是否需要继续调节,当差值在允许范围内后,就保持速度不变。具体调节过程为:在打印作业过程中,采集到的当前的打印线条的实际宽度大于设计宽度,且超出了允许的范围,依据差值的大小进行调节比例的设定,通过调节比例换算出对应的速度值,可以是螺旋杆的旋转速度,还可以是机架的行走速度或者是旋转速度和行走速度,而后依据速度值去控制螺旋杆和机架的驱动机构,在调节后,参考下一时刻的差值,若差值在允许的范围内了,就保持该调整后的速度进行作业。若差值仍未在允许的范围内,继续通过上述方式进行调节,直至差值在允许的范围内。
作为本发明的另一较佳实施方式,还包括安装于3D打印机的出料管上的测距仪;
采集模块21与测距仪通信连接,利用测距仪实时监测打印线条的宽度。
3D打印机在进行打印作业时,通过螺旋杆的旋转而使得料筒内的打印材料输送到出料管,进而通过出料管的出料口流出。将测距仪安装在出料管上,可准确地测量到打印材料形成的打印线条的宽度,且具有实时性,即打印材料从出料口流出后,即可通过测距仪测量到,使得本发明的线宽补偿控制具有及时性。
作为本发明的又一较佳实施方式,处理模块23在3D打印机完成一层的打印作业后,停止3D打印机上螺旋杆的旋转,垂直方向进行提刀,然后控制3D打印机的行走速度变大以使得3D打印机移动至下一层的打印位置。
在层高变换的时候,提刀时螺旋杆的旋转速度为0,下刀时将螺旋杆的旋转速度调小,使得提刀过程中减小打印材料的出料量,避免产生材料堆积的现象。较佳地,将螺旋杆的旋转速度调整至原旋转速度的1/3,使得出料口处有打印材料悬挂但不流淌。
进一步地,控制3D打印机的行走速度变大,具体为,控制3D打印机垂直提升打印头,进行变速提升,可使得3D打印机快速移动至下一层的打印位置,且同时螺旋杆的旋转速度较小,保证了不出料,在提升到下一层的位置时,3D打印机继续依据设计的路径行走,螺旋杆的旋转速度也调回至原旋转速度(正常的旋转速度),进而进行下一层的打印作业。螺旋杆先慢速的旋转,保证了出料的及时性,在下一层的打印作业开始时,保证了出料的及时性,确保了下一层起始点打印质量。
作为本发明的再一较佳实施方式,处理模块23控制3D打印机上螺旋杆停止旋转,并控制3D打印机行走至断点的开始位置处,在下刀过程中处理模块23先控制3D打印机上的螺旋杆以低速进行旋转使得出料口处有料悬挂,而后控制3D打印机上的螺旋杆以标准速度进行旋转并同步控制3D打印机沿打印路径行走;
在3D打印机位于断点的终止位置时,提刀时处理模块23停止螺旋杆的旋转,并控制3D打印机移动至后续的打印位置处。
断点打印是指3D打印机前后打印点之间设有一定的间距,断点的开始位置与前一打印点的末端非同一点,断点的终止位置与后一打印点的始端非同一点。
在前一打印点的末端处,提刀时停止螺旋杆的旋转,而保证不出料,3D打印机沿Z轴水平面内移动时保持不出料状态,移动到断点的开始位置时,进行下刀,下刀的过程中,启动螺旋杆以低速旋转,而让出料口处有料悬挂,而后调节螺旋杆以标准速度进行旋转,3D打印机以标准速度进行行走,实现了达到目标点可即刻出料,打印的起始点实际出料点与设计图纸上的坐标点相一致,避免了出料延迟导致的打印出料点和设计坐标点不对应的问题。而在断点的终止位置时,提刀时停止螺旋杆的旋转,保证不出料,3D打印机沿Z轴水平面移动时保持不出料状态,移动到后一打印点的始端处时,进行下刀,下刀的过程中启动螺旋杆以低速旋转,而让出料口处有料悬挂,而后调节螺旋杆以标准速度进行旋转,3D打印机以标准速度进行行走,实现了达到目标点可即刻出料。
本发明的建筑3D打印线宽补偿方系统,实现了闭环控制,实时反馈信息,进行对比,实现智能控制。
实时检测水平工作范围内的打印线条的宽度,依据线条的实际宽度,调节行走速度和出料速度,可精确地提高打印质量。
在层高变化时,垂直提升打印头,变速提升、慢速旋转,保证水平行走时出料的及时性,解决了以往出料速度不变的情况下,提升处有混凝土积瘤的现象。
断点打印时可随停随启,在达到目的点先低速启动螺旋杆而不出料,保证目的点达到后提高螺旋杆的旋转速度,实现即刻出料,保证了材料的均匀性,和材料位置点的准确性。
下面对本发明提供的建筑3D打印线宽补偿方法进行说明。
本发明的一种建筑3D打印线宽补偿方法,包括如下步骤:
如图1所示,执行步骤S11,3D打印过程中,实时获取打印线条的实际宽度;接着执行步骤S12;
执行步骤S12,依据线条的设计宽度,计算出所获取的打印线条的实际宽度与线条的设计宽度的差值;接着执行步骤S13;
执行步骤S13,判断计算得出的差值是否在允许范围内,若否,则调节3D打印机的行走速度和/或出料速度以使差值在允许范围内。其中的允许范围依据设计误差来选定,较佳地可将允许范围设定在±1mm之间。
作为本发明的一较佳实施方式,调节3D打印机的行走速度和/或出料速度的步骤,包括:在差值大于所述允许范围的正值时,减小3D打印机上螺旋杆的旋转速度和/或增大3D打印机的行走速度以减小打印线条的宽度;在差值小于所述允许范围的负值时,增大3D打印机上螺旋杆的旋转速度和/或减小3D打印机的行走速度以增加打印线条的宽度。
具体地,3D打印机上的螺旋杆通过旋转而实现出料,且螺旋杆的旋转速度与出料量有一定的关系,在3D打印机的机架行走速度不变时,螺旋杆的旋转速度加快,打印线条的宽度会变大,反之就会变小;在螺旋杆的旋转速度不变时,3D打印机的机架行走速度加快,打印线条的宽度会变小,反之就会变大。故,在差值为正,线条的实际宽度大于设计宽度时,通过减小螺旋杆的旋转速度,就会令线条的宽度变小,从而接近于设计宽度;还可以通过增大3D打印机的机架的行走速度,这样也会使得线条的宽度变小而接近于设计宽度;还可以同时配合调节行走速度和旋转速度,减小螺旋杆的旋转速度同时也增大3D打印机的机架的行走速度,从而减小线条的宽度而使其接近于设计宽度。
较佳地,处理模块23调节螺旋杆的旋转速度和3D打印机的机架行走速度时,进行快速、无级微调,调节后通过下一时刻的实际宽度形成的差值来判断是否需要继续调节,当差值在允许范围内后,就保持速度不变。
作为本发明的另一较佳实施方式,实时获取打印线条的实际宽度的步骤,包括:于3D打印机的出料管上安装测距仪;利用测距仪实时监测打印线条的宽度。
3D打印机在进行打印作业时,通过螺旋杆的旋转而使得料筒内的打印材料输送到出料管,进而通过出料管的出料口流出。将测距仪安装在出料管上,可准确地测量到打印材料形成的打印线条的宽度,且具有实时性,即打印材料从出料口流出后,即可通过测距仪测量到,使得本发明的线宽补偿控制具有及时性。
作为本发明的又一较佳实施方式,还包括:在完成一层的打印作业之后,停止3D打印机上螺旋杆的旋转,垂直方向进行提刀,然后增大3D打印机的行走速度以使3D打印机移动至下一层的打印位置。
在层高变换的时候,提刀时螺旋杆的旋转速度为0,下刀时将螺旋杆的旋转速度调小,使得提刀过程中减小打印材料的出料量,避免产生材料堆积的现象。较佳地,将螺旋杆的旋转速度调整至原旋转速度的1/3,使得出料口处有打印材料悬挂但不流淌。进一步地,控制3D打印机的行走速度变大,具体为,控制3D打印机垂直提升打印头,进行变速提升,可使得3D打印机快速移动至下一层的打印位置,且同时螺旋杆的旋转速度为0,保证了不出料,在提升到下一层的位置时,3D打印机继续依据设计的路径行走,螺旋杆的旋转速度也调回至原旋转速度(正常的旋转速度),进而进行下一层的打印作业。螺旋杆先慢速的旋转,保证了出料的及时性,在下一层的打印作业开始时,保证了出料的及时性,确保了下一层起始点打印质量。
作为本发明的再一较佳实施方式,还包括进行断点打印:停止3D打印机上螺旋杆的旋转,并将3D打印机移动至断点的开始位置处;下刀过程中先控制3D打印机上的螺旋杆低速旋转以使得出料口处有料悬挂,而后控制3D打印机上的螺旋杆以标准速度进行旋转并同步控制3D打印机沿打印路径行走。在3D打印机位于断点的终止位置时,提到时停止螺旋杆的旋转,并将3D打印机移动至后续的打印位置处。
断点打印是指3D打印机前后打印点之间设有一定的间距,断点的开始位置与前一打印点的末端非同一点,断点的终止位置与后一打印点的始端非同一点。
在前一打印点的末端处,提刀时停止螺旋杆的旋转,而保证不出料,3D打印机沿Z轴水平面内移动时保持不出料状态,移动到断点的开始位置时,进行下刀,下刀的过程中,启动螺旋杆以低速旋转,而让出料口处有料悬挂,而后调节螺旋杆以标准速度进行旋转,3D打印机以标准速度进行行走,实现了达到目标点可即刻出料,打印的起始点实际出料点与设计图纸上的坐标点相一致,避免了出料延迟导致的打印出料点和设计坐标点不对应的问题。而在断点的终止位置时,提刀时停止螺旋杆的旋转,保证不出料,3D打印机沿Z轴水平面移动时保持不出料状态,移动到后一打印点的始端处时,进行下刀,下刀的过程中启动螺旋杆以低速旋转,而让出料口处有料悬挂,而后调节螺旋杆以标准速度进行旋转,3D打印机以标准速度进行行走,实现了达到目标点可即刻出料。
以上结合附图实施例对本发明进行了详细说明,本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。因而,实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定,本发明将以所附权利要求书界定的范围作为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种建筑3D打印线宽补偿方法,其特征在于,包括如下步骤:
3D打印过程中,实时获取打印线条的实际宽度;
依据线条的设计宽度,计算出所获取的打印线条的实际宽度与所述线条的设计宽度的差值;以及
判断计算得出的差值是否在允许范围内,若否,则调节3D打印机的行走速度和/或出料速度以使所述差值在允许范围内。
2.如权利要求1所述的补偿方法,其特征在于,调节3D打印机的行走速度和/或出料速度的步骤,包括:
在所述差值大于所述允许范围的正值时,减小所述3D打印机上螺旋杆的旋转速度和/或增大所述3D打印机的行走速度以减小打印线条的宽度;
在所述差值小于所述允许范围的负值时,增大所述3D打印机上螺旋杆的旋转速度和/或减小所述3D打印机的行走速度以增加打印线条的宽度。
3.如权利要求1所述的补偿方法,其特征在于,实时获取打印线条的实际宽度的步骤,包括:
于所述3D打印机的出料管上安装测距仪;
利用所述测距仪实时监测所述打印线条的宽度。
4.如权利要求1所述的补偿方法,其特征在于,还包括:
在完成一层的打印作业之后,停止所述3D打印机上螺旋杆的旋转,垂直方向进行提刀,然后增大所述3D打印机的行走速度以使所述3D打印机移动至下一层的打印位置。
5.如权利要求1所述的补偿方法,其特征在于,还包括进行断点打印:
停止所述3D打印机上螺旋杆的旋转,将所述3D打印机移动至断点的开始位置处;
在下刀过程中先控制所述3D打印机上的螺旋杆低速旋转以使得出料口处有料悬挂,而后控制所述3D打印机上的螺旋杆以标准速度进行旋转并同步控制所述3D打印机沿打印路径行走;
在3D打印机位于断点的终止位置时,提刀时停止螺旋杆的旋转,并将3D打印机移动至后续的打印位置处。
6.一种建筑3D打印线宽补偿系统,其特征在于,包括:
采集模块,用于在3D打印过程中实时获取打印线条的实际宽度;
与所述采集模块连接的计算模块,用于依据线条的设计宽度计算得出所获取的打印线条的实际宽度与所述线条的设计宽度的差值;以及
与所述计算模块连接的处理模块,所述处理模块还控制连接3D打印机,所述处理模块用于判断所述差值是否在允许范围内,在判断所述差值超出所述允许范围时,控制调节所述3D打印机的行走速度和/或出料速度以使所述差值在允许范围内。
7.如权利要求6所述的系统,其特征在于,所述处理模块在控制调节所述3D打印机的行走速度和/或出料速度时,进一步判断所述差值的正负,
在判断所述差值大于所述允许范围的正值时,所述处理模块控制减小所述3D打印机上螺旋杆的旋转速度和/或增大所述3D打印机的行走速度以减小打印线条的宽度;
在判断所述差值小于所述允许范围的负值时,所述处理模块控制增大所述3D打印机上螺旋杆的旋转速度和/或减小所述3D打印机的行走速度以增加打印线条的宽度。
8.如权利要求6所述的系统,其特征在于,还包括安装于所述3D打印机的出料管上的测距仪;
所述采集模块与所述测距仪通信连接,利用所述测距仪实时监测所述打印线条的宽度。
9.如权利要求6所述的系统,其特征在于,所述处理模块在所述3D打印机完成一层的打印作业后,停止所述3D打印机上螺旋杆的旋转,垂直方向进行提刀,然后控制所述3D打印机的行走速度变大以使得所述3D打印机移动至下一层的打印位置。
10.如权利要求6所述的系统,其特征在于,所述处理模块控制所述3D打印机上螺旋杆停止旋转,并控制所述3D打印机行走至断点的开始位置处,在下刀过程中所述处理模块先控制所述3D打印机上的螺旋杆以低速进行旋转使得出料口处有料悬挂,而后控制所述3D打印机上的螺旋杆以标准速度进行旋转并同步控制所述3D打印机沿打印路径行走;
在3D打印机位于断点的终止位置时,提刀时所述处理模块停止螺旋杆的旋转,并控制3D打印机移动至后续的打印位置处。
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