CN111113888B - 用于3d打印的设备及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

提供一种用于3D打印的设备及其控制方法。该设备包括：壳体，壳体的内表面形成圆柱形内腔，壳体上设置有沿圆柱形内腔的轴向延伸的开口；旋轴，具有设置在其轴端的遮挡部，遮挡部位于圆柱形内腔中，以对开口中的区域进行遮挡，开口中的未被遮挡部遮挡的区域形成出料口，旋轴可绕圆柱形内腔的轴线旋转，以连续改变遮挡部遮挡开口的区域，从而连续改变出料口的长度；进料口，与遮挡部的外端面和壳体的内表面围成的输料通道连通。将出料口设计为长度连续可调的出料口，能够使得3D打印的效率和精度的兼顾成为可能。

Description

用于3D打印的设备及其控制方法
技术领域
本申请涉及3D打印领域，更为具体地，涉及一种用于3D打印的设备及其控制方法。
背景技术
熔融沉积成型(fused deposition modeling，FDM)技术是一种常用的3D打印技术。FDM技术通常需要将物料加热至熔融状态(或半流动状态)，并将熔融状态的物料从3D打印头的出料口(或称挤出口)挤出，物料在打印平台上逐层沉积，形成3D物品。
传统3D打印头的出料口一般为具有固定形状的喷嘴。当物品的打印精度要求较高时，通常会选取口径较小的喷嘴，这种类型的喷嘴单位时间内的物料挤出量少，打印效率较低；当物品的打印效率要求较高时，通常会选取口径较大的喷嘴，这种类型的喷嘴打印出的物品形状比较粗糙，打印精度较低。由此可见，传统3D打印头无法兼顾效率和精度。
3D打印技术未来主要面向工业生产，对工业产品而言，效率和精度同等重要。
发明内容
本申请提供一种用于3D打印的设备及其控制方法，使得兼顾3D打印的效率和精度成为可能。
第一方面，提供一种用于3D打印的设备，包括：壳体，所述壳体的内表面形成圆柱形内腔，所述壳体上设置有沿所述圆柱形内腔的轴向延伸的开口；旋轴，具有设置在其轴端的遮挡部，所述遮挡部位于所述圆柱形内腔中，以对所述开口中的区域进行遮挡，所述开口中的未被所述遮挡部遮挡的区域形成出料口，所述旋轴可绕所述圆柱形内腔的轴线旋转，以连续改变所述遮挡部遮挡所述开口的区域，从而连续改变所述出料口的长度；进料口，与所述遮挡部的外端面和所述壳体的内表面围成的输料通道连通。
第二方面，提供一种用于3D打印的设备的控制方法，所述用于3D打印的设备包括：壳体，所述壳体的内表面形成圆柱形内腔，所述壳体上设置有沿所述圆柱形内腔的轴向延伸的开口；旋轴，具有设置在其轴端的遮挡部，所述遮挡部位于所述圆柱形内腔中，以对所述开口中的区域进行遮挡，所述开口中的未被所述遮挡部遮挡的区域形成出料口，所述旋轴可绕所述圆柱形内腔的轴线旋转；进料口，与所述遮挡部的外端面和所述壳体的内表面围成的输料通道连通；所述控制方法包括：控制所述旋转绕所述圆柱形内腔的轴线旋转，以连续改变所述遮挡部遮挡所述开口的区域，从而连续改变所述出料口的长度。
第三方面，提供一种计算机可读存储介质，其上存储有用于执行如第二方面所述的控制方法的指令。
第四方面，提供一种计算机程序产品，包括用于执行如第二方面所述的控制方法的指令。
将出料口设计为长度连续可调的出料口，这种出料口使得兼顾3D打印的效率和精度成为可能，更加适于3D打印。
附图说明
图1是传统3D打印设备的总体结构示意图。
图2是传统3D打印头的结构示意图。
图3a是待打印层的打印区域的示例图。
图3b是道次的排布方式示例图。
图4是本申请一个实施例提供的用于3D打印的设备的侧视图。
图5是图4所示的设备的仰视图。
图6是本申请另一实施例提供的用于3D打印的设备的侧视图。
图7是图6所示的设备的仰视图。
图8是图4所示的设备的打印过程的示例图。
图9是图8所示的打印过程的平面示意图。
图10是本申请实施例提供的打印方式与传统打印方式的打印效果对比图。
图11是传统3D打印过程中的道次切换方式的示例图。
图12是本申请一个实施例提供的旋轴的结构图。
图13是本申请另一实施例提供的旋轴的结构图。
图14是本申请又一实施例提供的用于3D打印的设备的结构图。
图15是本申请又一实施例提供的用于3D打印的设备的结构图。
图16是本申请实施例提供的送料装置的示例图。
图17是本申请实施例提供的用于3D打印的设备的控制方法的示意性流程图。
具体实施方式
为了便于理解，先对传统3D打印设备进行简单介绍。
如图1所示，传统3D打印设备1通常包括送料装置11、3D打印头12、打印平台13以及控制装置14(以上结构划分方式仅仅是一个示例，实际上，也可以采用其他结构划分方式，如控制装置和/或送料装置11可以属于3D打印头12的一部分)。
送料装置11可以与丝盘15相连。实际打印过程中，送料装置11可以从丝盘15上取得丝状的物料，并将丝状的物料输送至3D打印头12。3D打印过程所使用的物料一般是具有热塑性的物料，如高分子聚合物、低熔点金属以及其他可配成流动性膏状的物料(如膏状的陶瓷、高熔点金属粉末混合物、水泥等)。
如图2所示，3D打印头12通常包括输料通道121、出料口122和温度控制装置123。温度控制装置123一般设置在输料通道121的外侧，用于将送料装置11送至输料通道121的物料加热至熔融状态。温度控制装置123例如可以是加热装置。出料口122可以将熔融状态的物料挤出至打印平台13上，因此，出料口122也可称为挤出口。
控制装置14可用于控制3D打印头12对物品进行逐层打印。在打印每一层的过程中，可以控制3D打印头12按照预设的打印路径将该待打印层的全部打印区域(即该待打印层的截面轮廓线所包围的全部区域)打印完整。
传统3D打印的总体过程大致如下：
在打印物品之前，可以先利用建模软件建立物品的3D模型。该建模软件例如可以是计算机辅助设计(computer aided design，CAD)软件。然后，对创建出的3D模型进行分层处理，将3D模型划分成多个待打印层，得到各待打印层的分层数据。通过对3D模型进行分层处理，相当于将3D物品的打印过程分解成许多2D打印过程，每个待打印层的打印过程与平面的2D打印过程类似。在得到各待打印层的分层数据之后，控制装置14可以根据各待打印层的分层数据控制3D打印头12沿着一定的打印路径移动，并在移动过程中，通过出料口122将熔融状态的物料挤出至打印平台13上，对各待打印层的打印区域进行打印或填充。当物品的所有待打印层均打印完毕，物料逐层凝固，形成3D物品。
为了便于理解，下面以图3a和图3b为例，对传统3D打印设备对某一待打印层的打印过程进行详细说明。
参见图3a和图3b，待打印层的打印区域为区域31，区域31的截面轮廓线为截面轮廓线32。
为了将区域31打印完整，通常会基于截面轮廓线32，将区域31划分成紧密排布的多个道次(pass)，如图3b所示的道次A1-道次A25。
在打印过程中，控制装置14控制3D打印头12的z坐标保持不变，并控制3D打印头12按照一定的顺序将所有道次打印完整，如按照平行往复直线路径依次打印道次A1-A25。
以道次A1的打印过程为例，控制装置14可以先将3D打印头12移动至如图3a所示的位置点p1的上方，然后控制3D打印头12从位置点p1上方移动至位置点p2上方，并在移动过程中通过出料口122将熔融状态的物料挤出至道次A1上，从而对道次A1进行打印，其他道次的打印方式类似，此处不再赘述。当所有道次打印完毕之后，该待打印层的打印过程结束，可以控制3D打印头12或工作平台13沿z轴方向移动，准备对下一层进行打印。
3D打印头12的出料口122通常被设计为形状固定的喷嘴，常见的喷嘴形状包括圆孔、方孔或稍加变形的等径异形孔。喷嘴的口径通常在1mm左右，常见的口径为0.4mm。当物品的打印精度要求较高时，通常会选取口径较小的喷嘴，这种类型的喷嘴单位时间内的物料挤出量少，打印效率较低；当物品的打印效率要求较高时，通常会选取口径较大的喷嘴，这种类型的喷嘴打印出的物品形状比较粗糙，打印精度较低。由此可见，传统3D打印头无法兼顾3D打印的效率和精度。下面对3D打印头的出料口的这种设计方式的形成过程进行分析。
3D打印技术是在2D打印技术基础上发展起来的一项更为先进的制造技术。在3D打印前，通常需要对待打印物品的3D模型进行分层处理，经过分层处理，相当于将3D物品的打印过程分解成许多2D打印过程，即每个分层的打印过程可以看成是一次平面打印过程。因此，传统3D打印设备沿用了2D打印设备的许多设计理念。最为明显地，2D打印头的出料口一般采用形状固定的喷嘴设计，3D打印头的出料口沿袭了2D打印头的出料口的这种设计方式，也将出料口设计成形状固定的喷嘴。如上文所述，这种喷嘴设计导致3D打印头无法兼顾效率和精度，成为阻碍3D打印技术发展的关键障碍。
因此，亟需摆脱2D打印设备的设计理念的束缚，提供一种更加适于3D打印的设备。
下面对本申请实施例提供的用于3D打印的设备进行详细描述。需要说明的是，该用于3D打印的设备可以指3D打印头，也可以指整个3D打印机或3D打印系统。
如图4-图7所示，本申请实施例提供的用于3D打印的设备4可以包括壳体41和旋轴42。
壳体41的内表面形成了圆柱形内腔45(或称圆筒形内腔)。壳体41上设置有沿圆柱形内腔45的轴向延伸的开口46。开口46可以是具有较大的长宽比的狭缝。该开口46可以位于壳体41的底部。
旋轴42可绕圆柱形内腔45的轴线旋转。旋轴42可以采用如图4或图5所示的双旋轴方案，在开口46的两端各设置一个旋轴。或者，旋轴42也可以采用如图6或图7所示的单旋轴方案，仅在开口46的一端设置旋轴。
旋轴42具有设置在旋轴42的轴端的遮挡部47。如图4或图6所示，遮挡部47位于圆柱形内腔45中，且大致位于开口46的上方。旋轴42的旋转可以改变遮挡部47遮挡开口46的区域。如图4、图8、或图9所示，开口46中的未被遮挡部47遮挡的区域即可形成出料口48。因此，旋轴42的旋转可以连续改变出料口48的长度。
遮挡部47的旋轴可以改变开口46与遮挡部47之间的遮挡关系。这种遮挡关系的具体改变方式可以有多种。作为一个示例，可以将遮挡部47与圆柱形内腔45设置成间隙配合，并将遮挡部47的外端面设置成坡面，通过坡面连续变化的特性改变遮挡部47与开口46之间的遮挡关系。
作为另一个示例，可以将遮挡部47与圆柱形内腔45螺纹连接，通过螺纹进给的方式改变遮挡部47与开口46之间的遮挡关系。下文会结合具体的实施例对遮挡部47与开口46之间的遮挡关系的改变方式进行详细说明，此处暂不详述。
出料口48具有限定其长度的第一端部和第二端部。当旋轴42采用如图4和图5所示的双旋轴方案时，第一旋轴421可用于调节第一端部在开口46中的位置，第二旋轴422可用于调节第二端部在开口46中的位置。当旋轴42采用如图6和图7所示的单旋轴方案时，该单旋轴42可用于调节第一端部在开口46中的位置，第二端部与开口46的一个端部重叠(即出料口48的第二端部与开口46的某个端部为同一端部)。
出料口48的宽度可以与开口46的宽度相同。出料口48的宽度可以影响出料口48挤出的熔融状态的物料的宽度，进而影响3D打印的精度。出料口48的宽度可以取固定值，如可以取0.01-5mm中的任意值。
或者，出料口48可以设置成宽度可调的出料口。例如，可以在开口46处还设置遮挡板(图中未示出)。该遮挡板可沿开口46的宽度方向滑动，从而在宽度方向对开口46进行遮挡，以改变出料口48的宽度。该遮挡板可以位于开口46的侧壁上，也可以位于开口46的外端，本申请实施例对此并不限定。将出料口48设置成宽度可调的出料口，可以根据实际需要调整打印精度，提高了3D打印的灵活性。
可选地，在一些实施例中，设备4还可以包括进料口43。该进料口43可以与遮挡部47的外端面和壳体41的内表面围成的输料通道49(图4或图6示出了输料通道49)连通。实际打印时，物料会从进料口进入输料通道，并经长度连续可调的出料口挤出。进料口43的位置和设置方式可以有多种。例如，可以将进料口43设置在壳体41上，也可以将进料口43设置在旋轴42上，后文会结合具体的实施例进行详细描述，此处暂不详述。
可选地，在一些实施例中，设备4还可以包括驱动装置44。驱动装置44可以与旋轴42相连，用于驱动旋轴42绕圆柱形内腔45的轴线旋转。该驱动装置44例如可以包括伺服电机。驱动装置44可以驱动旋轴44绕圆柱形内腔45的轴线旋转，以连续改变遮挡部47遮挡开口46的区域，从而连续改变出料口48的长度。
传统3D打印设备的出料口沿袭2D打印设备的出料口的设计理念，将出料口设计成形状固定的喷嘴。本申请实施例将出料口48设计成长度在一定范围内连续可调的出料口。这是在充分考虑了3D打印对象特性的基础上做出的设计，与传统3D打印设备相比，本申请实施例提供的设备使得3D打印的效率和精度的兼顾成为可能，更加适于3D打印。具体论述如下。
2D打印对象的尺寸一般较小，且打印对象以文字或图像为主。文字或图像可以在二维平面上自由排布，没有规律可循。因此，将2D打印设备的出料口设计成形状固定的喷嘴具有一定的通用性，这种设计在2D打印领域是合理的。与2D打印对象不同，3D打印对象一般为需要实际使用的3D物品。3D物品具有一定的物理轮廓，因此，3D物品沿某一截面的截线通常是一个或多个封闭且连续变化的曲线。本申请实施例充分利用3D打印对象的这一特点，在壳体41上设置开口46，并利用旋轴42的遮挡部47对开口46进行遮挡，使得出料口48的长度连续可调。出料口48长度的连续可调与3D打印对象的截面轮廓线封闭且连续变化的特性相吻合，这种出料口48更加适于3D打印，使得打印效率的大幅提升成为可能。
例如，采用本申请实施例提供的出料口，可以沿着截面轮廓线进行连续打印，并在打印过程中控制出料口48随截面轮廓线的变化而变化，可以理解的是，与传统的逐道次打印的方式相比，沿着截面轮廓线打印具有超高的打印效率。
进一步地，可以将开口46的宽度设置成取值较小的固定值，使3D物品的打印精度保持不变，且保持在较高精度，在出料口48连续变化的过程中使得打印精度保持不变，这是传统3D打印头所难以达到的。因此，本申请实施例提供的长度连续可调的出料口使得兼顾3D打印的效率和精度成为可能，更加适于3D打印。
进一步地，采用旋轴式结构，旋轴42和壳体41紧密套接在一起，因此，本申请实施例提供的旋轴式设备具有结构紧凑的优点。而且，旋轴42的旋转角度与出料口48的长度具有对应关系，实际工作时，当希望将出料口48的长度调整至特定值时，将旋轴42的旋转角度调整至该特定值对应的旋转角度即可。因此，本申请实施例提供的旋轴式的设备还有控制简单的优点。
由上文描述可知，利用旋轴42的旋转可以连续调整出料口48的长度，下面给出出料口48的长度的几种可能的调整方式。
可选地，旋轴42的旋转可以使得出料口48的长度随着目标打印区域的形状的变化而变化。目标打印区域可以为待打印层的部分打印区域，也可以是待打印层的全部打印区域。
例如，在某些实施例中，旋轴42的旋转可以使得出料口48的长度与待打印层的目标打印区域的截面轮廓线的截线长度相匹配。由于出料口48的长度与截面轮廓线的截线长度相匹配，可以为一次性完成目标打印区域的打印提供基础。
进一步地，在某些实施例中，还可以通过一定的方式使得出料口48的两端(该两端指的是用于限定出料口48的长度的两端)在竖直方向上与目标打印区域的截面轮廓线对准。出料口48的两端在竖直方向上与目标打印区域的截面轮廓线对准，则出料口48的两端在竖直方向的投影落会在目标打印区域的截面轮廓线的截线上。为了便于描述，后文将这种打印方式称为目标打印区域的截面轮廓线的跟踪打印。
下面结合图8和图9，以双旋轴方案为例，对跟踪打印进行更为详细的说明。
参见图8和图9，附图标记50表示的是待打印物品的已沉积部分，附图标记52表示的是待打印层的目标打印区域，出料口48的长度方向沿x方向延伸。
在对目标打印区域52进行打印的过程中，可以控制壳体41总体上朝y方向移动。在壳体41移动过程中，利用旋轴42实时改变出料口48的长度和/或位置，使得出料口48的两端在竖直方向z上始终与目标打印区域52的截面轮廓线对准，即使得出料口48的两端在竖直方向z上的投影始终落在目标打印区域52的截面轮廓线上。
举例说明，假设出料口48当前位置的y坐标为y1，且y1沿x方向截目标打印区域52的截面轮廓线，得到两个点(x1,y1)和(x2,y1)，则可以通过一定方式改变出料口48的两端的位置，使第一端部位于(x1,y1)的正上方，第二端部位于(x2,y1)的正上方，从而可以对目标打印区域52的截面轮廓线进行精准地跟踪打印。
图9给出了图8所示的打印过程在x-y平面的示意图。从图9可以更为清楚地看出，出料口48的长度及其在x方向的位置可以根据目标打印区域52的截面轮廓线的形状的变化而变化，并保持对目标打印区域52的截面轮廓线进行精准的跟踪打印。
目标打印区域的截面轮廓线的跟踪打印的实现方式可以有多种。可选地，作为第一种实现方式，可以利用旋轴42的旋转使得出料口48的两端在竖直方向上与目标打印区域的截面轮廓线对准。
可选地，作为第二种实现方式，可以利用驱动装置44驱动旋轴42旋转，使得出料口48的长度与待打印层的目标打印区域的截面轮廓线的截线长度相匹配；并利用另一驱动装置(图中未示出)驱动壳体41和打印平台(图中未示出)之间的相对移动，使得出料口48的两端在竖直方向上与目标打印区域的截面轮廓线对准。
在对目标打印区域进行打印的过程中，设备4可以根据实际需要采用上述两种实现方式中的一种实现跟踪打印；或者，也可以在打印目标打印区域的不同部分时采用不同的跟踪打印方式。
例如，目标打印区域可以包括截线长度较短的部分和截线长度较长的部分。当打印截线长度较短的部分时，可以采用第一种实现方式进行跟踪打印；当打印截线长度较长的部分时，可以采用第二种实现方式进行跟踪打印。
与传统出料口打印出的物品相比，对目标打印区域的截面轮廓线进行跟踪打印，打印出的物品在力学性能和形状均匀度方面也具有显著提升，下面结合图10和图11，对此进行详细论述。
传统3D打印一般会按照一定的道次顺序进行逐道打印。由于传统3D打印设备的出料口的尺寸较小(口径通常为毫米级别)，因此，每个道次的打印均需要花费较长时间。当准备打印当前道次时，与当前道次相邻的前一道次上的物料可能已经处于或接近凝固状态，而当前道次上的物料仍处于熔融状态。当前道次上的熔融状态的物料需要与前一道次上的已经处于或接近凝固状态的物料进行融合，以形成一个整体，这里将相邻道次之间的物料融合过程称为道次搭接。
在道次搭接过程中，如果当前道次的前一道次已经凝固或接近凝固，而当前道次仍处于熔融状态，则相邻道次之间的物料融合过程就可能出现融合不良的现象，导致打印出的物品的力学性能较差。此外，由于物料状态不同步，相邻道次上的物料相互融合之后得到的物体形状也会比较粗糙。以打印圆柱体为例，如图10所示，圆柱体61是采用传统3D打印技术，利用道次搭接方式打印出的圆柱体。该圆柱体61不但整体形状轮廓比较粗糙，而且还存在由于道次搭接过程中的物料融合不良而产生的多个缺口63。
本申请实施例提供的设备4通过调整出料口35的长度和位置，使其对目标打印区域的截面轮廓线进行跟踪打印。因此，在打印目标打印区域的过程中，设备4无需按照道次进行逐道打印，也就无需进行道次搭接，进而不会产生融合不良的问题。因此，设备4打印出的物品具有较高的力学性能。如图10所示，圆柱体62是设备4打印出的圆柱体，相比圆柱体61，圆柱体62的填充物料的融合情况良好，不存在道次搭接产生的融合不良的问题。
仍以打印圆柱体为例，参见图11，在传统3D打印过程中，道次与道次之间的切换采用折线72代替真实轮廓曲线，即，使用折线逼近真实的轮廓曲线，导致打印出的圆柱体62轮廓线比较粗糙。本申请实施例提供的设备4无需按照道次进行打印，而是通过调整出料口48的长度和位置，对目标打印区域的截面轮廓线进行跟踪打印，因此，设备4打印出的圆柱体62的轮廓线也更加光滑和真实。
目标打印区域的确定方式可以有多种。例如，可以根据待打印层的截面轮廓线的形状、最长截线的长度以及出料口的尺寸等因素中的一种或多种确定是将待打印层的全部打印区域作为目标打印区域，还是将待打印层的打印区域划分成多个目标打印区域分别进行打印。
例如，当待打印层的截面轮廓线的最长截线的长度小于或等于出料口48的最大长度(出料口48的最大长度可以小于或等于开口46的长度)时，可以将待打印层的全部打印区域确定为目标打印区域；当待打印层的截面轮廓线的最长截线的长度大于出料口48的最大长度时，可以将待打印层的全部打印区域划分成多个目标打印区域。
又如，当待打印层的截面轮廓线包含不连通的多个封闭区域时，可以将每个封闭区域作为一个或多个目标打印区域进行打印。
又如，在某些实施例中，也可以无需对待打印层的全部打印区域进行划分，而是将待打印层的全部打印区域直接作为目标打印区域。例如，可以将设备4设计成专门打印特定物品的专用设备，且将设备4的出料口的长度设计成能够一次性打印完物品的每一打印层的全部打印区域。这样一来，实际工作时，设备4可以按照固定的方式打印该物品的每一层，无需在线进行打印区域的划分。
如图4或图6所示，驱动装置44可以在控制装置40的控制下工作。该控制装置40可以是专用的数控装置，也可以是通用的处理器。此外，该控制装置40可以是分布式的控制装置，也可以是集中式的控制装置。该控制装置40可以根据目标打印区域(该目标打印区域可以是待打印层的部分或全部打印区域)的截面轮廓线的形状，通过驱动装置44控制出料口48的长度和/或位置。
下文详细描述遮挡部47与开口46之间的遮挡关系的改变方式。
作为一个示例，可以将遮挡部47(或遮挡部47的侧壁)与圆柱形内腔45的配合关系设置为间隙配合，并将遮挡部47的外端面471设置为坡面(坡面的实现方式可以参见图12)。由于遮挡部47的外端面471设置为坡面，遮挡部47的侧壁沿旋轴42的轴向长度不相等(或连续变化)。
遮挡部47的形状和结构的上述设置方式可以使得遮挡部47能够原地自由旋转，并在原地旋转过程中，遮挡部47仍可以改变其遮挡开口46的区域的大小。这种实现方式的优点在于输料通道49的总体积保持不变，更利于对出料口48的物料挤出量的控制。
遮挡部47与圆柱形内腔45之间的间隙应当设置得尽可能小，使得打印物料不被挤入或较少挤入该间隙。
随着旋轴42的旋转，遮挡部47的不同部位处于开口46上方。由于遮挡部47的不同部位沿轴向的长度不同，因此，当遮挡部47的不同部位遮挡在开口46的上方时，该开口46中的被遮挡区域也会发生变化，从而可以改变开口46中的被遮挡部47遮挡的区域。
为了便于描述，可以将遮挡部47沿轴向最短的部位(如图12中的位置a对应的部位)称为遮挡部47的最低遮挡部位，并将遮挡部47沿轴向最长的部位(如图12中的位置b对应的部位)称为遮挡部47的最高遮挡部位。假设旋轴42采用如图4所示的双旋轴方案，则可以对遮挡部47的外端面471进行设计，使得遮挡部47的最低遮挡部位旋转至开口46的上方时，开口46不被遮挡，处于完全打开的状态；当遮挡部47的最高遮挡部位旋转至开口46的上方时，开口46的一半被遮挡。这样一来，当旋轴421、422的遮挡部47的最高遮挡部位均旋转至开口46的上方时，开口46就基本上被完全遮挡，从而使得出料口48的长度可以在0至开口46的长度之间连续变化。
又如，假设旋轴42采用如图6所示的单旋轴方案，则可以对遮挡部47的外端面471进行设计，使得遮挡部47的最低遮挡部位旋转至开口46的上方时，开口46不被遮挡，处于完全打开的状态；当遮挡部47的最高遮挡部位旋转至开口46的上方时，开口46基本上被完全遮挡，从而使得出料口48的长度可以在0至开口46的长度之间连续变化。
图12示出的螺旋坡面仅是坡面的一种可能的实现方式，本申请实施例不限于此，遮挡部47的外端面471还可以其他类型的坡面，如斜坡平面或带有一些弧度的斜坡曲面。
为了能够确保出料口48可以被紧密封闭，参见图13，可以在坡面471的顶部设置一段与圆柱形内腔45的轴线垂直的平面472。
当旋轴42采用如图4所示的双旋轴方案时，由于两个旋轴421、422的坡面471的顶部均具有平面472，因此，两个旋轴421、422的顶部可以紧密贴合在一起，以实现出料口48的有效闭合和可靠密封。当旋轴42采用如图6所示的单旋轴方案时，坡面471的顶部的平面472可以与圆柱形内腔45的端部紧密贴合在一起，以实现出料口48的有效闭合和可靠密封。
可选地，如图12所示，遮挡部47可以具有圆柱形侧壁473围成的中空区域474。遮挡部47的这种设计方式一方面可以节省材料，另一方面可以尽量减少遮挡部47的外端面对物料流动状态的扰乱，从而使得出料口48的物料挤出量更容易控制。
作为另一个示例，遮挡部47可以与圆柱形内腔45螺纹连接。旋轴42在旋转时，遮挡部47可以基于螺纹沿旋轴42的轴向方向移动，从而对开口46进行连续遮挡，达到连续调节出料口48长度的目的。
作为又一个示例，遮挡部47可以与圆柱形内腔45间隙配合。旋轴42具有位于圆柱形内腔45外部的螺纹连接部，该螺纹连接部可以与传动装置通过螺纹配合在一起，从而推动遮挡部47沿轴向移动，达到连续调节出料口48的目的。
本申请实施例对进料口43的位置或布置方式不做具体限定，只要能够与输料通道49连通即可。下面给出进料口43的几种可能的布置方式。
作为一个示例，如图4-7所示，可以将进料口43设置在壳体41上。例如可以设置在壳体41的顶部。
作为另一个示例，如图14所示，可以将旋轴42设置为中空旋轴，并将该旋轴42的中空通道设置为进料口43。应理解，图14是以双旋轴方案为例进行说明的，单旋轴方案同样可以采用类似的设计，即将单旋轴42设置为中空旋轴，并将单旋轴42的中空通道设置为进料口43。
可选地，进料口43和/或输料通道49的内部和/或端面可以采用圆弧过渡。实际上，只要是进料口43和输料通道49的物料流经路线上的任一拐弯处均可采用圆弧过渡。这样可以使得物料尽量顺畅地流向出料口48，避免物料堆积在设备4的内部，方便设备的清洗。例如，如果采用旋轴的中空通道作为进料口43，参见图15，可以在旋轴42的中空通道的内部(如内部的拐弯处475)和/或端部采用圆弧过渡。
如图16所示，设备4还可包括送料装置410。该送料装置410可与进料口43相连。驱动装置44还可用于对送料装置410进行驱动，使得出料口48的物料挤出量与出料口的长度相匹配。
该送料装置410可以是如图16中的(a)所示的螺杆式送料装置，也可以是如图16中的(b)所示的气压式送料装置，还可以是如图16中的(c)所示的活塞式送料装置。
在送料装置410为螺杆式送料装置的情况下，可以通过驱动装置44调整螺杆的转速，从而控制出料口48的物料挤出量；在送料装置410为气压式送料装置的情况下，可以通过调整作用在物料液面上的压力来控制出料口48的物料挤出量；在送料装置410为活塞式送进装置的情况下，可以通过驱动装置44调整活塞在活塞筒状的进料口中的运动速度，从而控制出料口48的物料挤出量。
出料口48的物料挤出量与出料口48的长度相匹配指的是出料口48的物料挤出量与出料口48的长度成正比变化。
实际打印时，可以根据出料口48的长度确定物料挤出量。然后，可以控制送料装置410的物料送进量，使得物料送进量与物料挤出量相等。
图17是本申请实施例提供的用于3D打印的设备的控制方法的示意性流程图。该用于3D打印的设备可以是上文提及的设备4。该控制方法可以由上文提及的控制装置执行。因此，未详细描述的部分可以参见上文。
具体地，该用于3D打印的设备可以包括：壳体，壳体的内表面形成圆柱形内腔，壳体上设置有沿圆柱形内腔的轴向延伸的开口；旋轴，具有设置在其轴端的遮挡部，遮挡部位于圆柱形内腔中，以对开口中的区域进行遮挡，开口中的未被遮挡部遮挡的区域形成出料口，旋轴可绕圆柱形内腔的轴线旋转；进料口，与遮挡部的外端面和壳体的内表面围成的输料通道连通；
图17的控制方法可以包括步骤S1710：控制旋转绕圆柱形内腔的轴线旋转，以连续改变遮挡部遮挡开口的区域，从而连续改变出料口的长度。
可选地，步骤S1710可以包括：控制旋转绕圆柱形内腔的轴线旋转，使得出料口的长度与待打印层的目标打印区域的截面轮廓线的截线长度相匹配，其中目标打印区域为待打印层的部分或全部打印区域。
可选地，步骤S1710可以包括：控制旋转绕圆柱形内腔的轴线旋转，使得用于限定出料口的长度的两端在竖直方向上与目标打印区域的截面轮廓线对准。
可选地，图17的方法还可包括：控制壳体和打印平台之间的相对移动，使得用于限定出料口的长度的两端在竖直方向上与目标打印区域的截面轮廓线对准。
可选地，图17的方法还可包括：当待打印层的截面轮廓线的最长截线的长度小于或等于出料口的最大长度时，将待打印层的全部打印区域确定为目标打印区域；当待打印层的截面轮廓线的最长截线的长度大于出料口的最大长度时，将待打印层的全部打印区域划分成多个目标打印区域。
可选地，图17的方法还可包括：控制出料口的物料挤出量，使得出料口的物料挤出量与出料口的长度相匹配。
在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其他任意组合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本申请实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(digital subscriber line，DSL))或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如数字视频光盘(digital video disc，DVD))、或者半导体介质(例如固态硬盘(solid state disk，SSD))等。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (27)

1.一种用于3D打印的设备，其特征在于，包括：
壳体，所述壳体的内表面形成圆柱形内腔，所述壳体上设置有沿所述圆柱形内腔的轴向延伸的开口；
旋轴，具有设置在其轴端的遮挡部，所述遮挡部位于所述圆柱形内腔中，以对所述开口中的区域进行遮挡，所述开口中的未被所述遮挡部遮挡的区域形成出料口，所述旋轴可绕所述圆柱形内腔的轴线旋转，以连续改变所述遮挡部遮挡所述开口的区域，从而连续改变所述出料口的长度；
进料口，与所述遮挡部的外端面和所述壳体的内表面围成的输料通道连通。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述遮挡部与所述圆柱形内腔间隙配合，所述遮挡部的外端面为坡面。
3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述坡面为斜坡平面或螺旋坡面。
4.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述坡面的顶部具有一段与所述圆柱形内腔的轴线垂直的平面。
5.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述遮挡部具有圆柱形侧壁围成的中空区域。
6.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述遮挡部与所述圆柱形内腔螺纹连接。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的设备，其特征在于，所述进料口设置在所述壳体上。
8.根据权利要求1-6中任一项所述的设备，其特征在于，所述旋轴为中空旋轴，所述旋轴的中空通道为所述进料口。
9.根据权利要求8所述的设备，其特征在于，所述旋轴的中空通道的内部和/或端部采用圆弧过渡。
10.根据权利要求1-6中任一项所述的设备，其特征在于，所述旋轴绕所述圆柱形内腔的轴线的旋转使得所述出料口的长度与待打印层的目标打印区域的截面轮廓线的截线长度相匹配，其中所述目标打印区域为待打印层的部分或全部打印区域。
11.根据权利要求10所述的设备，其特征在于，所述旋轴绕所述圆柱形内腔的轴线的旋转使得用于限定所述出料口的长度的两端在竖直方向上与所述目标打印区域的截面轮廓线对准。
12.根据权利要求1-6中任一项所述的设备，其特征在于，还包括：
第一驱动装置，用于驱动所述壳体和打印平台之间的相对移动，使得用于限定所述出料口的长度的两端在竖直方向上与所述目标打印区域的截面轮廓线对准。
13.根据权利要求1-6中任一项所述的设备，其特征在于，还包括：
控制装置，用于当所述待打印层的截面轮廓线的最长截线的长度小于或等于所述出料口的最大长度时，将所述待打印层的全部打印区域确定为所述目标打印区域；当所述待打印层的截面轮廓线的最长截线的长度大于所述出料口的最大长度时，将所述待打印层的全部打印区域划分成多个所述目标打印区域。
14.根据权利要求1-6中任一项所述的设备，其特征在于，还包括：
第二驱动装置，用于驱动所述旋轴绕所述圆柱形内腔的轴线的旋转。
15.根据权利要求1-6中任一项所述的设备，其特征在于，所述旋轴包括第一旋轴和第二旋轴，所述出料口具有限定其长度的第一端部和第二端部，所述第一旋轴用于调节所述第一端部在所述开口中的位置，所述第二旋轴用于调节所述第二端部在所述开口中的位置。
16.根据权利要求1-6中任一项所述的设备，其特征在于，所述旋轴为单旋轴，所述出料口具有限定其长度的第一端部和第二端部，所述单旋轴用于调节所述第一端部在所述开口中的位置，所述第二端部与所述开口的一个端部重叠。
17.根据权利要求1-6中任一项所述的设备，其特征在于，还包括：
送料装置，与所述进料口相连；
第三驱动装置，用于对所述送料装置进行驱动，使得所述出料口的物料挤出量与所述出料口的长度相匹配。
18.根据权利要求12所述的设备，其特征在于，还包括：
控制装置，用于对所述设备中的所述第一驱动装置进行控制。
19.根据权利要求14所述的设备，其特征在于，还包括：
控制装置，用于对所述设备中的所述第二驱动装置进行控制。
20.根据权利要求17所述的设备，其特征在于，还包括：
控制装置，用于对所述设备中的所述第三驱动装置进行控制。
21.根据权利要求1-6中任一项所述的设备，其特征在于，还包括：
遮挡板，设置在所述开口处，且可沿所述开口的宽度方向滑动，以调整所述出料口的宽度。
22.一种用于3D打印的设备的控制方法，其特征在于，所述用于3D打印的设备包括：
壳体，所述壳体的内表面形成圆柱形内腔，所述壳体上设置有沿所述圆柱形内腔的轴向延伸的开口；
旋轴，具有设置在其轴端的遮挡部，所述遮挡部位于所述圆柱形内腔中，以对所述开口中的区域进行遮挡，所述开口中的未被所述遮挡部遮挡的区域形成出料口，所述旋轴可绕所述圆柱形内腔的轴线旋转；
进料口，与所述遮挡部的外端面和所述壳体的内表面围成的输料通道连通；
所述控制方法包括：
控制所述旋转绕所述圆柱形内腔的轴线旋转，以连续改变所述遮挡部遮挡所述开口的区域，从而连续改变所述出料口的长度。
23.根据权利要求22所述的控制方法，其特征在于，所述控制所述旋转绕所述圆柱形内腔的轴线旋转，包括：
控制所述旋转绕所述圆柱形内腔的轴线旋转，使得所述出料口的长度与待打印层的目标打印区域的截面轮廓线的截线长度相匹配，其中所述目标打印区域为待打印层的部分或全部打印区域。
24.根据权利要求23所述的控制方法，其特征在于，所述控制所述旋转绕所述圆柱形内腔的轴线旋转，包括：
控制所述旋转绕所述圆柱形内腔的轴线旋转，使得用于限定所述出料口的长度的两端在竖直方向上与所述目标打印区域的截面轮廓线对准。
25.根据权利要求23所述的控制方法，其特征在于，还包括：
控制所述壳体和打印平台之间的相对移动，使得用于限定所述出料口的长度的两端在竖直方向上与所述目标打印区域的截面轮廓线对准。
26.根据权利要求23-25中任一项所述的控制方法，其特征在于，还包括：
当所述待打印层的截面轮廓线的最长截线的长度小于或等于所述出料口的最大长度时，将所述待打印层的全部打印区域确定为所述目标打印区域；当所述待打印层的截面轮廓线的最长截线的长度大于所述出料口的最大长度时，将所述待打印层的全部打印区域划分成多个所述目标打印区域。
27.根据权利要求22-25中任一项所述的控制方法，其特征在于，还包括：
控制所述出料口的物料挤出量，使得所述出料口的物料挤出量与所述出料口的长度相匹配。
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