CN110920050A - 3d打印方法、系统及产品 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种3D打印方法、系统及产品，其中，3D打印方法通过获取打印对象的结构信息，并根据该结构信息生成打印文件后进一步生成打印轨迹控制指令，打印轨迹控制指令控制打印材料打印于基板上，再通过实时获取基板上打印材料的实际坐标信息，将实际坐标信息与预设位置坐标进行对比，根据对比的结果是否存在偏差决定是否对打印轨迹控制指令进行修正，解决了现有技术中3D打印的产品无法满足高精度要求的技术问题，提供了一种高精度的3D打印方法。

Description

3D打印方法、系统及产品

技术领域

本发明涉及3D打印技术领域，尤其是涉及一种3D打印方法、系统及产品。

背景技术

3D打印技术近年来得到快速的发展，3D打印技术广泛应用于模具制造、工业设计、医疗、土木建筑等各个领域，在一些具有高精度要求的技术领域或者具有高精度要求的产品上，传统的3D打印技术已经不足以满足人们对打印产品的精度要求。

因此，如何对传统的3D打印技术做出改进，以满足各行业人员对3D打印产品的精度需求成为本领域技术人员急需克服的技术难题。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种高精度的3D打印方法。

第一方面，本发明的一个实施例提供了一种3D打印方法，其包括：

获取打印对象的结构信息，并根据所述结构信息生成打印文件；

根据所述打印文件生成打印轨迹控制指令；

根据所述打印轨迹控制指令将打印材料打印于基板上；

实时获取所述打印材料位于所述基板上的实际坐标信息；

对比所述实际坐标信息与预设位置坐标是否存在偏差；

若所述实际坐标信息与预设位置坐标存在偏差，则获取偏差值，根据所述偏差值对所述打印轨迹控制指令进行修正，生成修正打印轨迹控制指令，并根据所述修正打印轨迹控制指令将所述打印材料打印于基板上；

若所述实际坐标信息与预设位置坐标一致，则继续根据所述打印轨迹控制指令将所述打印材料打印于所述基板上。

本发明实施例的3D打印方法至少具有如下有益效果：

本发明实施例中一种3D打印方法，其通过获取打印对象的结构信息，并根据该结构信息生成打印文件后进一步生成打印轨迹控制指令，打印轨迹控制指令控制打印材料打印于基板上，再通过实时获取基板上打印材料的实际坐标信息，将实际坐标信息与预设位置坐标进行对比，根据对比的结果是否存在偏差决定是否对打印轨迹控制指令进行修正，解决了现有技术中3D打印的产品无法满足高精度要求的技术问题，提供了一种高精度的3D打印方法。

根据本发明的另一些实施例的3D打印方法，所述打印材料至少包括第一打印材料和第二打印材料，所述第一打印材料放置于第一容纳器中，所述第二打印材料放置于第二容纳器中，所述第一容纳器受控于第一微流泵，所述第一微流泵控制所述第一打印材料通过第一输入导管从所述第一容纳器输送至多通阀，所述第二容纳器受控于第二微流泵，所述第二微流泵控制所述第二打印材料通过第二输入导管从所述第二容纳器输送至所述多通阀，所述多通阀接收到所述第一打印材料和所述第二打印材料后，通过输出导管将所述第一打印材料和所述第二打印材料打印于所述基板上。

根据本发明的另一些实施例的3D打印方法，所述第一打印材料为水相生物材料，所述第二打印材料为生物氟油，所述输出导管的末端位置设置有加热装置，所述加热装置用于将所述生物氟油加热汽化后将所述水相生物材料打印于所述基板上。

根据本发明的另一些实施例的3D打印方法，所述获取打印对象的结构信息，并根据所述结构信息生成打印文件具体包括：

获取所述结构信息，并根据所述结构信息采用CAD制图软件生成所述打印文件。

根据本发明的另一些实施例的3D打印方法，所述根据所述打印文件生成打印轨迹控制指令具体包括：

所述打印文件中包括多个位置坐标信息，根据所述多个位置坐标信息生成所述打印轨迹控制指令。

第二方面，本发明的一个实施例提供了一种3D打印系统，其包括：至少两个容纳器、相同数量于所述至少两个容纳器的多个微流泵、相同数量于所述至少两个容纳器的多个输入导管、多通阀，输出导管，加热装置、打印轨迹移动装置、打印轨迹控制器、深度学习相机和基板；

所述至少两个容纳器中存储有不同的打印材料，所述多个微流泵分别与所述至少两个容纳器一一对应连接，所述至少两个容纳器分别通过所述多个输入导管与所述多通阀连接，用于将所述不同的打印材料输送至所述多通阀；

所述输出导管与所述多通阀连接，用于输出所述不同的打印材料，所述输出导管设置于所述打印轨迹移动装置上，所述输出导管的末端位置设置有所述加热装置；

所述深度学习相机与所述打印轨迹控制器连接，以将实时获取所述打印材料位于所述基板上的实际坐标信息发送至所述打印轨迹控制器；

所述打印轨迹控制器与所述打印轨迹移动装置连接，所述打印轨迹控制器用于执行所述的3D打印方法控制所述打印轨迹移动装置的运动，以将所述不同的打印材料打印于所述基板上。

根据本发明的另一些实施例的3D打印系统，所述至少两个容纳器包括第一容纳器和第二容纳器，所述多个微流泵包括第一微流泵和第二微流泵，所述多个输入导管包括第一输入导管和第二输入导管，所述第一容纳器中放置有第一打印材料，所述第二容纳器中放置有第二打印材料；

所述第一容纳器受控于所述第一微流泵，所述第一输入导管的一端与所述第一容纳器连接，所述第一输入导管的另一端与所述多通阀连接，所述第一微流泵控制所述第一打印材料通过所述第一输入导管从所述第一容纳器输送至所述多通阀；

所述第二输入导管的一端与所述第二容纳器连接，所述第二输入导管的另一端与所述多通阀连接，所述第二容纳器受控于所述第二微流泵，所述第二微流泵控制所述第二打印材料通过第二输入导管从所述第二容纳器输送至所述多通阀。

根据本发明的另一些实施例的3D打印系统，所述第一打印材料为水相生物材料，所述第二打印材料为生物氟油，所述加热装置在所述输出导管的末端位置将所述生物氟油汽化后将所述水相生物材料打印于所述基板上。

根据本发明的另一些实施例的3D打印系统，所述打印轨迹控制器为2代B型树莓派。

第三方面，本发明的一个实施例提供了一种3D打印产品，所述3D打印产品为采用所述的3D打印方法打印而成的产品。

附图说明

图1是本发明实施例一种3D打印方法的一具体实施例流程示意图；

图2是本发明实施例一种3D系统的一具体实施例结构示意图。

具体实施方式

以下将结合实施例对本发明的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。

在本发明实施例的描述中，如果涉及到“若干”，其含义是一个以上，如果涉及到“多个”，其含义是两个以上，如果涉及到“大于”、“小于”、“超过”，均应理解为不包括本数，如果涉及到“以上”、“以下”、“以内”，均应理解为包括本数。如果涉及到“第一”、“第二”、“第三”等，应当理解为用于区分技术特征，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

实施例一：

参照图1，本发明实施例提供了一种3D打印方法，其包括以下步骤：

S100、获取打印对象的结构信息，并根据结构信息生成打印文件；

在本发明实施例中，打印对象的结构信息为打印对象的三维结构信息。例如，当打印对象为人体某个器官时，可以根据器官的三维结构信息，采用CAD制图软件绘制该器官模型，则具有该器官模型的CAD文件即为生成的打印文件。显然的，当打印对象为其他具体的物体时，可通过上述方法获得该打印对象的打印文件。

S200、根据打印文件生成打印轨迹控制指令；

在本发明实施例中，上述步骤S100获得了具有打印对象的CAD文件后，将获得的CAD文件传入打印轨迹控制器中，本发明实施例中，打印轨迹控制器通过采用2代B型树莓派实现，2代B型树莓派根据接收的CAD文件中包含的多个位置坐标信息(反应打印对象的三维结构的CAD文件包含有组成该三维结构的各个位置坐标信息)生成打印轨迹控制指令。

S300、根据打印轨迹控制指令将打印材料打印于基板上；

在本发明实施例中，2代B型树莓派生成的打印轨迹控制指令通过控制设置于打印轨迹移动装置的输出导管进行位置移动，将位于输出导管中的打印材料打印于基板的预设位置坐标上。在一些实施例中，可通过在输出导管的输出口设置有打印材料喷头，通过设置打印材料喷头可有效控制打印材料的输出，实现有效提高将打印材料打印于基板预设位置坐标的精确度。

S400、实时获取打印材料位于基板上的实际坐标信息；

在本发明实施例中，通过设置有深度学习相机实时获取打印材料位于基板上的实际坐标信息，将深度学习相机安装于输出导管的一侧，跟随打印轨迹位移装置的运动实时获取每一次打印材料打印在基板上的实际坐标信息，并将获得的实际坐标信息传输至2代B型树莓派中。

S500、对比实际坐标信息与预设位置坐标是否存在偏差；

本发明实施例中，2代B型树莓派接收到深度学习相机的实际坐标信息后，将其与预设位置坐标进行对比，判断两个坐标是否存在偏差，根据对比的结果判断是否需要对打印轨迹控制指令进行修正。

S610、若实际坐标信息与预设位置坐标存在偏差，则获取偏差值，根据偏差值对打印轨迹控制指令进行修正，生成修正打印轨迹控制指令，再通过修正打印控制指令控制控制设置于打印轨迹移动装置的输出导管进行位置移动，将打印材料打印于基板上。

本发明实施例中，通过对产生的打印偏差进行弥补，防止偏差持续扩大，导致无法完成3D打印或者3D打印产品不能满足打印精度的要求。

S620、若实际坐标信息与预设位置坐标一致，则继续根据打印轨迹控制指令将打印材料打印于所述基板上。

本发明实施例中，3D打印方法通过获取打印对象的结构信息，并根据该结构信息生成打印文件后进一步生成打印轨迹控制指令，打印轨迹控制指令控制打印材料打印于基板上，再通过实时获取基板上打印材料的实际坐标信息，将实际坐标信息与预设位置坐标进行对比，根据对比的结果是否存在偏差决定是否对打印轨迹控制指令进行修正，解决了现有技术中3D打印的产品无法满足高精度要求的技术问题，提供了一种高精度的3D打印方法。

在本发明的一些实施例中，打印材料包括第一打印材料和第二打印材料，第一打印材料放置于第一容纳器中，第二打印材料放置于第二容纳器中，第一容纳器受控于第一微流泵，第一微流泵控制放置于第一容纳器中的第一打印材料通过第一输入导管传输至多通阀中，在本实施例中多通阀可为PDMS阀。第二容纳器受控于第二微流泵，第二微流泵控制放置于第二容纳器中的第二打印材料通过第二输入导管传输至PDMS阀中。在本发明实施例中，第一打印材料为水相生物材料，第二打印材料为生物氟油，在PDMS阀中，通过微流泵控制水相生物材料及生物氟油的流速保持不变，由于水相生物材料为水相物质，其中，水相生物材料可以为明胶、海藻酸钠、透明质酸、壳聚糖、胶原蛋白等生物材料，其与生物氟油(油相物质)互不相溶，在水-油相界面张力，流动状态下毛细管作用力及油相与管壁较强亲和力共同作用下，水相被分割成体积一致的微液滴，微液滴均匀地分布在与PDMS阀连接的输出导管中，微液滴与微液滴之间在管内被生物氟油均匀填充，微液滴在输出导管中随孵化进程逐步相变为固态微球。具体的，若水相生物材料与生物氟油的流速相同，水相生物材料的粘度大于生物氟油，那么水相生物材料中的分子间作用力更大。水相生物材料与生物氟油相遇时，水相生物材料将占据流道，生物氟油被水相生物材料挡住，无法继续朝前流动。由于第二微流泵将生物氟油不断朝前推动，生物氟油流动通道被水相生物材料挡住时，第二输入导管中的压力会逐渐增大，当该压力增大到临界值时，生物氟油会对水相生物材料进行剪切，生物氟油嵌入水相生物材料中。随着一部分生物氟油的嵌入，第二输入导管内的压力有所释放而减小。当第二输入导管内的压力减小，水相生物材料在第一输入导管内的压力大于生物氟油的分子间作用力时，水相生物材料将对生物氟油进行剪切，水相生物材料嵌入生物氟油中。在输出导管的末端(例如距离输出导管的出口1厘米处)设置有加热装置，加热装置用于将生物氟油加热汽化，汽化向外产生的推力将水相生物材料微球“喷射”于基板上，随着打印轨迹移动装置的移动，使得水相生物材料微球不断累积最终形成打印对象的三维模型。本发明实施例中，加热装置采用高效节能高温氧化铝陶瓷加热管，其设置于输出导管末端位置，并贴覆环绕输出导管固定。水相生物材料微球在喷射出来后，能够快速固化成胶状态，依靠微球与微球之间的粘性逐渐累积成三维结构，从而保证了三维结构的稳定性，而稳定的三维结构为细胞提高了充足的营养物质和发展空间，因此，本发明实施例的3D打印方法实现了在人体器官为打印对象进行3D打印时，提供了一种产品结构稳定、细胞存活率高的3D打印方法。

实施例二：

本发明实施例提供了一种3D打印系统，其包括：

至少两个容纳器、相同数量于至少两个容纳器的多个微流泵、相同数量于至少两个容纳器的多个输入导管、多通阀，输出导管，加热装置、打印轨迹移动装置、打印轨迹控制器、深度学习相机和基板；

至少两个容纳器中存储有不同的打印材料，多个微流泵分别与至少两个容纳器一一对应连接，至少两个容纳器分别通过多个输入导管与多通阀连接，用于将不同的打印材料输送至所述多通阀；

输出导管与所述多通阀连接，用于输出不同的打印材料，输出导管设置于打印轨迹移动装置上，输出导管的末端位置设置有加热装置；

深度学习相机与打印轨迹控制器连接，以将实时获取打印材料位于所述基板上的实际坐标信息发送至打印轨迹控制器；

打印轨迹控制器与打印轨迹移动装置连接，打印轨迹控制器用于执行如实施例一中所述的3D打印方法控制打印轨迹移动装置的运动，以将不同的打印材料打印于所述基板上。

参照图2，本发明实施例中，至少两个容纳器包括第一容纳器100和第二容纳器200，多个微流泵包括第一微流泵300和第二微流泵400，多个输入导管包括第一输入导管500和第二输入导管600，多通阀为PDMS阀1100，第一容纳器100中放置有第一打印材料，第二容纳器200中放置有第二打印材料，第一容纳器100受控于第一微流泵300，第一输入导管500的一端与第一容纳器100连接，另一端与PDMS阀1100连接，第一微流泵300控制第一容纳器200将第一打印材料通过第一输入导管500输送至PDMS阀1100中。第二容纳器200受控于第二微流泵400，第二输入导管600的一端与第二容纳器200连接，另一端与PDMS阀1100连接，第二微流泵400控制第二容纳器200将第二打印材料通过第二导管600输送至PDMS阀1100中，本发明实施例中，第一容纳器100和第二容纳器200均可为注射器。输出导管700的一端与PDMS阀1100连接，另一端为打印材料的输出口，将输出导管700安装于打印轨迹移动装置900上，在输出导管700的末端设置有加热装置，加热装置包括预热板810与加热管820。本发明实施例中，第一打印材料为水相生物材料，水相生物材料可以为明胶、海藻酸钠、透明质酸、壳聚糖、胶原蛋白等生物材料，第二打印材料为生物氟油，加热管820在输出导管720末端位置将生物氟油汽化，生物氟油汽化产生的推力将水相生物材料微球“喷射”于基板上(水相生物材料微球的产生已在实施例一中阐述，不再赘述)，通过打印轨迹控制器(图中未示出)输出打印轨迹控制指令控制打印轨迹移动装置900的移动，使得水相生物材料微球不断累积最终形成打印对象的三维模型。在本发明实施例中，在移动轨迹移动装置900上设置有深度学习相机(图中未示出)，深度学习相机用于实时采集喷射在基板1000上水相生物材料微球的实际坐标信息，并将获取的实际坐标信息发送至打印轨迹控制器中。在本发明实施例中，打印轨迹控制器采用2代B型树莓派实现，打印轨迹控制器将接收的实际坐标信息与预设位置坐标进行对比，若实际坐标信息与预设位置坐标存在偏差，则获取偏差值，根据偏差值对打印轨迹控制指令进行修正，生成修正打印轨迹控制指令，再通过修正打印控制指令控制控制设置于打印轨迹移动装置900的输出导管700进行位置移动，将打印材料打印于基板1000上；若实际坐标信息与预设位置坐标一致，则继续根据打印轨迹控制指令将打印材料打印于所述基板上。另外，可通过在输出导管700的输出口设置有打印材料喷头，通过设置打印材料喷头可有效控制打印材料的输出，实现有效提高将打印材料打印于基板预设位置坐标的精确度。

本发明实施例提供的3D打印系统其实现的过程原理可与实施例一中3D打印方法实现的过程原理相互参照对应，在此不做过多赘述。

综上，本发明实施例一种3D打印系统，其通过设置有深度学习相机实时采集打印于基板的打印材料的实际坐标信息，并通过判断实际坐标信息与预设位置坐标是否存在偏差，根据偏差的结果决定是否修正打印轨迹控制指令，可对产生的打印偏差进行弥补，解决了现有技术中3D打印产生精度不满足要求或无法完成3D打印的技术问题，提供了一种高精度的3D打印系统。

实施例三：

本发明实施例提供了一种3D打印产品，该3D打印产品为采用如实施例一所述的3D打印方法打印而成的产品。

上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

Claims (10)

1.一种3D打印方法，其特征在于，包括：

获取打印对象的结构信息，并根据所述结构信息生成打印文件；

根据所述打印文件生成打印轨迹控制指令；

根据所述打印轨迹控制指令将打印材料打印于基板上；

实时获取所述打印材料位于所述基板上的实际坐标信息；

对比所述实际坐标信息与预设位置坐标是否存在偏差；

若所述实际坐标信息与预设位置坐标存在偏差，则获取偏差值，根据所述偏差值对所述打印轨迹控制指令进行修正，生成修正打印轨迹控制指令，并根据所述修正打印轨迹控制指令将所述打印材料打印于基板上；

若所述实际坐标信息与预设位置坐标一致，则继续根据所述打印轨迹控制指令将所述打印材料打印于所述基板上。

2.根据权利要求1所述的3D打印方法，其特征在于，所述打印材料至少包括第一打印材料和第二打印材料，所述第一打印材料放置于第一容纳器中，所述第二打印材料放置于第二容纳器中，所述第一容纳器受控于第一微流泵，所述第一微流泵控制所述第一打印材料通过第一输入导管从所述第一容纳器输送至多通阀，所述第二容纳器受控于第二微流泵，所述第二微流泵控制所述第二打印材料通过第二输入导管从所述第二容纳器输送至所述多通阀，所述多通阀接收到所述第一打印材料和所述第二打印材料后，通过输出导管将所述第一打印材料和所述第二打印材料打印于所述基板上。

3.根据权利要求2所述的3D打印方法，其特征在于，所述第一打印材料为水相生物材料，所述第二打印材料为生物氟油，所述输出导管的末端位置设置有加热装置，所述加热装置用于将所述生物氟油加热汽化后将所述水相生物材料打印于所述基板上。

4.根据权利要求1所述的3D打印方法，其特征在于，所述获取打印对象的结构信息，并根据所述结构信息生成打印文件具体包括：

获取所述结构信息，并根据所述结构信息采用CAD制图软件生成所述打印文件。

5.根据权利要求4所述的3D打印方法，其特征在于，所述根据所述打印文件生成打印轨迹控制指令具体包括：

所述打印文件中包括多个位置坐标信息，根据所述多个位置坐标信息生成所述打印轨迹控制指令。

6.一种3D打印系统，其特征在于，包括：至少两个容纳器、相同数量于所述至少两个容纳器的多个微流泵、相同数量于所述至少两个容纳器的多个输入导管、多通阀，输出导管，加热装置、打印轨迹移动装置、打印轨迹控制器、深度学习相机和基板；

所述至少两个容纳器中存储有不同的打印材料，所述多个微流泵分别与所述至少两个容纳器一一对应连接，所述至少两个容纳器分别通过所述多个输入导管与所述多通阀连接，用于将所述不同的打印材料输送至所述多通阀；

所述输出导管与所述多通阀连接，用于输出所述不同的打印材料，所述输出导管设置于所述打印轨迹移动装置上，所述输出导管的末端位置设置有所述加热装置；

所述深度学习相机与所述打印轨迹控制器连接，以将实时获取所述打印材料位于所述基板上的实际坐标信息发送至所述打印轨迹控制器；

所述打印轨迹控制器与所述打印轨迹移动装置连接，所述打印轨迹控制器用于执行如权利要求1至5任一项所述的3D打印方法控制所述打印轨迹移动装置的运动，以将所述不同的打印材料打印于所述基板上。

7.根据权利要求6所述的3D打印系统，其特征在于，所述至少两个容纳器包括第一容纳器和第二容纳器，所述多个微流泵包括第一微流泵和第二微流泵，所述多个输入导管包括第一输入导管和第二输入导管，所述第一容纳器中放置有第一打印材料，所述第二容纳器中放置有第二打印材料；

所述第一容纳器受控于所述第一微流泵，所述第一输入导管的一端与所述第一容纳器连接，所述第一输入导管的另一端与所述多通阀连接，所述第一微流泵控制所述第一打印材料通过所述第一输入导管从所述第一容纳器输送至所述多通阀；

所述第二输入导管的一端与所述第二容纳器连接，所述第二输入导管的另一端与所述多通阀连接，所述第二容纳器受控于所述第二微流泵，所述第二微流泵控制所述第二打印材料通过第二输入导管从所述第二容纳器输送至所述多通阀。

8.根据权利要求7所述的3D打印系统，其特征在于，所述第一打印材料为水相生物材料，所述第二打印材料为生物氟油，所述加热装置在所述输出导管的末端位置将所述生物氟油汽化后将所述水相生物材料打印于所述基板上。

9.根据权利要求6至8任一项所述的3D打印系统，其特征在于，所述打印轨迹控制器为2代B型树莓派。

10.一种3D打印产品，其特征在于，所述3D打印产品为采用如权利要求1至5任一项所述的3D打印方法打印而成的产品。

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