CN111386187B - 用于3d打印的设备及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于3D打印的设备(4)及其控制方法。该设备(4)包括：输料管(5)，其外壁上设置有沿输料管(5)的轴向延伸的开口(52)；套管(6)，套在输料管(5)上，套管(6)的外壁上设置有可与开口(52)连通的出料口(65)。上述设备(4)利用套管(6)提供出料口(65)，并将套管(6)和输料管(5)套接在一起，使得整个设备(4)的结构更加紧凑。

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打印头具有输料部分以及用于形成出料口的喷嘴。该喷嘴通常安装在输料部分的下端，导致设备的结构不够紧凑。
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，能够使得设备的结构更加紧凑。
第一方面，提供一种用于3D打印的设备，包括：输料管，其外壁上设置有沿所述输料管的轴向延伸的开口；套管，套在所述输料管上，所述套管的外壁上设置有可与所述开口连通的出料口。
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：输料管，其外壁上设置有沿所述输料管的轴向延伸的开口；套管，套在所述输料管上，所述套管的外壁上设置有可与所述开口连通的出料口；所述控制方法包括：调节所述出料口的尺寸。
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。
与传统设计方式（将喷嘴设置在输料部分的底部）相比，本申请利用套管提供出料口，并将套管和输料管套接在一起，使得整个设备的结构更加紧凑。
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是本申请实施例提供的用于3D打印的设备的结构示例图。
图5是本申请实施例提供输料管的三维结构示例图。
图6是图5所示的输料管的二维平面图。
图7是图4所示的设备去除支架之后的结构图。
图8是本申请一个实施例提供的分离式套管中的可分离部分的三维结构示例图。
图9是图8所示的可分离部分的二维平面图。
图10是图8所示的可分离部分与输料管的组装方式的示意图。
图11是本申请一个实施例提供的分离式套管的各个可分离部分的分解图。
图12是图11所示的各个可分离部分的组装图。
图13是本申请另一实施例提供的分离式套管的各个可分离部分的分解图。
图14是图13所示的可分离套管与输料管的组装图。
图15是本申请实施例提供的端部采用封闭圆环设计的可分离套管的示例图。
图16是本申请另一实施例提供的分离式套管中的可分离部分的三维结构示例图。
图17是由图16所示的可分离部分拼成的套管与输料管的组装图。
图18是本申请实施例提供的设备的打印过程的示例图。
图19是本申请实施例提供的设备与传统3D打印方式的打印效果对比图。
图20是传统3D打印方式中的道次切换方式的示例图。
图21是本申请实施例提供的送料装置的示例图。
图22是本申请实施例提供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通常可以包括送料装置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通常可以包括输料部分121、喷嘴122和温度控制装置123。温度控制装置123一般设置在输料部分121的外侧，用于将送料装置11送至输料部分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。喷嘴122安装在输料部分121的下端。喷嘴可以提供出料口124，从而可以将输料部分121输送的熔融状态的物料挤出至打印平台13上。
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124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124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。
如前文所述，传统3D打印头12具有输料部分121以及用于提供出料口124的喷嘴122。该喷嘴122通常安装在输料部分121的下端，导致3D打印头12的结构不够紧凑。
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所示，用于3D打印的设备4可以包括输料管5和套管6。该套管6可以套在输料管5上，从而形成结构紧凑的套接组件。
参见图5至图6，输料管5的外壁上设置有开口52（该开口例如可以沿输料管5的轴向延伸）。
在一些实施例中，输料管5可以属于设备4的整个输料部分的其中一段。除了输料管5之外，输料部分还可以包括与输料管5连通的其他部分。
在另一些实施例中，输料管5即为设备4的输料部分，进料口54可以设置在输料管5的端面上，也可以设置在输料管5的外壁上。
输料管5的内部（下文称其为输料通道）可以采用圆弧设计。例如，参见图5至图6，可以将输料通道设计成圆柱状的通道。此外，在一些实施例中，所述圆柱状的通道与其端部之间也采用圆弧过渡。输料通道采用圆弧设计，不但可以使得熔融状态的物料在输料通道流畅地被输送，而且可以方便输料通道的清洗，尽量避免物料在输料通道内部滞留而引起物料浪费。
套管6可以套在输料管5上，即输料管5可以看成是套管6的内管。在一些实施例中，套管6可以是整体式套管，如一体成型的套管。在另一些实施例中，套管6可以采用分离式套管，即套管6的外壁可以包括可分离的多个部分，或者套管6的外壁可以由可分离的多个部分拼接而成。
如图7至图9所示，套管6的外壁可以包括可分离的第一部分61和第二部分62。第一部分61可以按照如图10所示的方式与输料管5装配到一起。第二部分62可以具有与第一部分61互补的结构，二者按照如图7所示的方式拼接在一起，即可形成套管6的外壁。
在某些实施例中，套管6的外壁还可以由三个或三个以上的可分离的部分组合而成。以图11至图12为例，套管6的外壁包括可分离的第一部分61，第二部分62，第三部分63和第四部分64，这四个部分的边缘相互拼接，形成套管6的外壁。
套管6可以与输料管5固定在一起，也可以相对输料管5运动。例如，套管6可以沿输料管5的轴向运动；又如，套管6可以绕输料管5的轴线旋转；又如，套管6既可以沿输料管5的轴向运动，又可以沿输料管5的轴线旋转。
套管6的外壁上设置有可与开口52连通的出料口65。在一些实施例中，与开口52类似，出料口65也可以是沿输料管5的轴向延伸的出料口65，即出料口65的长度方向可以为输料管5的轴向。
出料口65可以始终与开口52连通。例如，可以将出料口65固定在开口52的下方。或者，在某些实施例中，套管6可以相对输料管5运动，从而可以将出料口65移动至开口52的下方，从而与开口52连通。
出料口65可以为固定大小的出料口，也可以是尺寸可调的出料口。出料口65的尺寸可调可以指出料口65的长度可调（或长度连续可调），也可以指出料口65的宽度可调（或宽度连续可调），或者出料口65的长度和宽度均可调（或连续可调）。
将出料口65设计为尺寸可调的出料口的方式可以有多种。下面给出几种可能的实现方式。
例如，作为一种可能的实现方式，可以在出料口65处设置一个或多个遮挡件，从而调节出料口65的尺寸。
又如，作为另一种可能的实现方式，套管6可以包括可分离的多个部分。该多个部分的对接面可以围成多个出料口，且该多个部分可以相对运动（如沿输料管5的轴向运动），从而调节出料口65的尺寸。
以图7为例，套管6可以包括第一部分61和第二部分62。第一部分61和第二部分62沿输料管5的轴向可相对滑动，从而可以形成长度可调（或连续可调）的出料口65。
第一部分61和第二部分62的形状以及它们形成出料口65的方式可以有多种。
作为一个示例，如图7所示，第一部分61可以包括第一上台阶面611、第一下台阶面612以及连接第一上台阶面611和第一下台阶面612的第一连接面613。第二部分62可以包括第二上台阶面621、第二下台阶面622以及连接第二上台阶面621和第二下台阶面622的第二连接面623。第一上台阶面611与第二下台阶面622接触，且二者可沿输料管5的轴向相对滑动（换句话说，第一上台阶面611与第二下台阶面622沿输料管5的轴向滑动连接）。第一下台阶面612与第二上台阶面621接触，且二者可沿输料管5的轴向相对滑动（换句话说，第一下台阶面612与第二上台阶面621沿输料管5的轴向滑动连接）。第一下台阶面612、第一连接面613、第二下台阶面622和第二连接面623形成的中空区域即可作为出料口65。
本示例中，第一部分61和第二部分62采用错位互补的台阶结构对接在一起，二者沿输料管5的轴向相对滑动形成长度连续可调的出料口65。出料口65的宽度取决于第一上台阶面611和第一下台阶面612（或第二上台阶面621和第二下台阶面622）之间的高度差。这种出料口的实现方式在保证第一部分61和第二部分62的尺寸和强度的前提下可以形成宽度很小的出料口65（出料口的宽度可以影响打印精度）。
作为另一个示例，第一部分61和第二部分62可以具有凹凸互补结构。第一部分61和第二部分62沿输料管5的轴向的相对滑动可以更改凹凸部分之间的相对位置关系，该凹凸部分之间的中空区域即可形成出料口65。
上文指出第一部分61和第二部分62沿输料管5的轴向可相对滑动。需要说明的是，本申请实施例并不要求第一部分61和第二部分62均相对输料管5可滑动。
作为一种可能的实现方式，第一部分61和第二部分62均相对输料管5可滑动。
作为另一种可能的实现方式，如图13至图14所示，第一部分61相对输料管5可滑动，第二部分62与输料管62固定连接或与输料管5一体成型。这种实现方式能够简化设备4的控制。
如图7或图15所示，在一些实施例中，可以将第一部分61的端部614设计成套在输料管5上的封闭的圆环；和/或，可以将第二部分62的端部624（端部614和端部624可以限定出套管6沿轴向的长度）设计成套在输料管5上的封闭的圆环。这样可以加强套管6的整体刚度和密封性。
在某些实施例中，当第一部分61为滑动件，第二部分62为固定件时，如图13至图14所示，可以将第一部分61的两个端部均设计成封闭的圆环。这样可以加强套管6的整体刚度和密封性。
本申请实施例对出料口65的尺寸与开口52的尺寸之间的关系不做具体限定。出料口65的尺寸可以与开口52的尺寸相同，也可以与开口52的尺寸不同。
例如，出料口65的长度（当出料口65为长度可调的出料口时，出料口65的长度可以指出料口65的最大长度）可以小于所述开口52的长度；又如，出料口65的宽度（当出料口65为宽度可调的出料口时，出料口65的宽度可以指出料口65的最大宽度）可以小于所述开口52的宽度。
出料口65尺寸的调节可以通过驱动装置实现。以图4为例，可以在套管6上设置用于固定第一部分61的支架91和用于固定第二部分62的支架92。驱动装置7可以向支架91和支架92提供沿输料管5轴向运动的动力，从而通过支架91带动第一部分61沿轴向运动，通过支架92带动第二部分62沿轴向运动。
驱动装置7的具体实现可以有多种，本申请实施例对此并不限定，例如可以是齿轮齿条机构，也可以是曲柄滑块机构。
套管6的外壁可以设置一个出料口65，也以设置多个出料口65。例如，套管6的外壁可以设置2个出料口，3个出料口，4个出料口，8个出料口。套管6可相对输料管5运动，使得不同出料口65与开口52连通（即实现不同出料口65之间的切换）。
作为一个示例，多个出料口65可以沿输料管5的轴向排布。在这种情况下，套管6可以沿输料管5的轴向平移，使得不同出料口65与开口52连通。
作为另一示例，多个出料口65可以沿套管6的圆周方向排布。在这种情况下，套管6可绕输料管5的轴线旋转，使得不同出料口65与开口52连通。为了实现套管6绕输料管5的轴线的旋转，设备4还可以设计相应的驱动装置。该驱动装置例如可以是齿轮传动机构。
当然，也可以是上述两种情况的组合。
下面结合图11、图12、图16、图17，对套管6的外壁上形成多个出料口65的方式进行详细的举例说明。
作为一种可能的实现方式，参见图16至图17，套管6可以包括第一部分61和第二部分62。该第一部分61和第二部分62与图7和图8所示的第一部分61和第二部分62类似，不同之处在于图16至图17中，第一部分61和第二部分62的两个对接面均为台阶状的对接面，其中第一部分61的台阶状的对接面611a，612a和613a与第二部分的相应面用于形成出料口65a；第一部分61的台阶状的对接面611b，612b和613b与第二部分的相应面用于形成出料口65b。
作为另一种可能的实现方式，参见图11至图12，套管6由4个部分61,62,63,64拼接而成，每两个相邻部分形成一个出料口，共形成4个出料口65a,65b,65c,65d。当然，在某些实施例中，也可以将某两个相邻部分的对接面设计成平面，这样一来，该两个相邻部分不会形成出料口，从而可以根据实际需要设计出各种数量的出料口（如可以设计出奇数个出料口，也可以设计出偶数个出料口）。
本申请实施例对多个出料口65的尺寸不做具体限定。该多个出料口65可以是尺寸相同（如果出料口65为尺寸可调的出料口，这里的尺寸相同可以指出料口65的最大尺寸相同）的出料口，也可以是尺寸不同的出料口。
作为一个示例，多个出料口65的长度（或最大长度）不同。
作为另一示例，多个出料口65的宽度不同。出料口65的宽度影响挤出的物料的宽度，进而影响3D打印精度。设计宽度不同的多个出料口65使得设备4可以根据实际需要选取精度不同的出料口进行打印。
例如，假设待打印层包括截面轮廓线在垂直方向上变化剧烈的第一打印区域以及截面轮廓线在垂直方向上变化平缓的第二打印区域，则在使用设备4对第一打印区域进行打印时，可以切换至宽度较小的出料口，以提高打印精度；当使用设备4对第二打印区域进行打印时，可以切换至宽度较大的出料口，从而在保证打印精度的前提下提高打印效率。
当然，也可以是上述情况的组合，即多个出料口65的宽度和长度（或最大长度）均不同。
上文指出，本申请实施例提供的出料口65可以是长度连续可调的出料口65。与传统3D打印头的出料口的设计方式相比，将出料口65设计成长度连续可调的出料口，克服了传统出料口设计理念的束缚，这种新型的出料口具有明显的优势和广阔的应用前景。下面对此进行分析。
传统3D打印头的出料口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。下面对传统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。
本申请实施例将出料口65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3D打印设备使得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，将出料口65涉及为长度连续可调的出料口。出料口65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65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65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，可以将出料口65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65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。
下面结合具体的实施例，对出料口65的长度的变化方式进行详细的举例说明。
可选地，可以根据目标打印区域的形状控制出料口65的长度连续改变（或者，可以控制出料口65的长度随着目标打印区域的形状的变换而变换），其中，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，可以对出料口65的尺寸进行调节，使得出料口65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。
又如，在某些实施例中，可以对出料口65的尺寸进行调节，使得出料口65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65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65的两端在竖直方向的投影会落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18，对跟踪打印进行更为详细的说明。
参见图18，附图标记100表示的是待打印层的目标打印区域，出料口65的长度方向沿x方向延伸。在对目标打印区域100进行打印的过程中，可以控制设备4总体上朝y方向移动。在设备4移动过程中，实时改变出料口65的长度和/或位置，使得出料口65的两端在竖直方向z（垂直于x-y平面）上始终与目标打印区域100的截面轮廓线对准，即使得出料口65的两端在竖直方向z上的投影始终落在目标打印区域100的截面轮廓线上。
举例说明，假设出料口65当前位置的y坐标为y1，且y1沿x方向截目标打印区域100的截面轮廓线，得到两个点（x1,y1）和(x2,y1)，则可以改变出料口65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100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，可以调节出料口65两端的位置，使得出料口65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，可以调节出料口65的尺寸，使得出料口65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；并利用驱动装置调节输料管5和套管6作为一个整体与打印平台之间的相对位置，使得出料口65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，以简化设备4的控制；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19和图20，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19所示，圆柱体101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101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103。
本申请实施例提供的设备4通过调整出料口65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19所示，圆柱体102是设备4打印出的圆柱体，相比圆柱体101，圆柱体102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20，在传统3D打印过程中，道次与道次之间的切换采用折线104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101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65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102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的最大长度时，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65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21所示，设备4还可包括送料装置210。该送料装置210可通过输料管5为出料口65送料。设备4还可包括用于对送料装置210进行驱动的驱动装置（图中未示出），该驱动装置对送料装置的驱动可以使得出料口65的物料挤出量与出料口的长度相匹配。
该送料装置210可以是如图21中的（a）所示的螺杆式送料装置，也可以是如图21中的（b）所示的气压式送料装置，还可以是如图21中的（c）所示的活塞式送料装置。
在送料装置210为螺杆式送料装置的情况下，可以通过驱动装置调整螺杆的转速，从而控制出料口65的物料挤出量；在送料装置210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65的物料挤出量；在送料装置210为活塞式送进装置的情况下，可以通过驱动装置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65的物料挤出量。
出料口65的物料挤出量与出料口65的长度相匹配指的是出料口65的物料挤出量与出料口65的长度成正比变化。
实际打印时，可以根据出料口65的长度确定物料挤出量。然后，可以控制送料装置210的物料送进量，使得物料送进量与物料挤出量相等。
如图4所示，设备4还可以包括控制装置8，用于对上文提及的各种驱动装置进行控制。该控制装置8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8可以是分布式的控制装置，也可以是集中式的控制装置。
下面对本申请的方法实施例进行描述，由于方法实施例可以由上文描述的设备4执行（具体可以由设备4中的控制装置8执行），因此未详细描述的部分可以参见上文。
图22是本申请实施例提供的控制方法的示意性流程图。图22的控制方法可以对用于3D打印的设备进行控制。该设备例如可以是上文描述的设备4，该控制方法例如可以由设备4中的控制装置8执行。
该设备可以包括输料管和套管。输料管的外壁上设置有沿输料管的轴向延伸的开口。套管可以套在输料管上，且套管的外壁上设置有可与开口连通的出料口。
图22的方法可以包括步骤S220：调节出料口的尺寸。
可选地，套管的外壁包括第一部分和第二部分，第一部分和第二部分沿轴向可相对滑动。步骤S220可以包括：控制第一部分和第二部分相对滑动，以调节出料口的尺寸。
可选地，第一部分包括第一上台阶面、第一下台阶面以及连接第一上台阶面和第一下台阶面的第一连接面，第二部分包括第二上台阶面、第二下台阶面以及连接第二上台阶面和第二下台阶面的第二连接面，第一上台阶面和第一下台阶面分别与第二下台阶面和第二上台阶面接触，且可沿轴向相对滑动，第一下台阶面、第一连接面、第二下台阶面和第二连接面形成的中空区域为出料口。
可选地，步骤S220可以包括：调节出料口的尺寸，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S220可以包括：调节出料口的尺寸，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22的方法还可包括：调节输料管和套管作为一个整体与打印平台之间的相对位置，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22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22的方法还可包括：控制送料装置为出料口送料，使得出料口的物料挤出量与出料口的尺寸相匹配。
可选地，套管的外壁上设置有多个出料口。图22的方法还可包括：控制套管相对输料管运动，使得不同出料口与开口连通。
可选地，多个出料口沿套管的圆周方向排布，所述控制套管相对输料管运动，使得不同出料口与开口连通可以包括：控制套管绕输料管的轴线旋转，使得不同出料口与开口连通。
可选地，不同出料口的宽度不同。
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发明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 (29)

1.一种用于3D打印的设备，其特征在于，包括：
输料管，其外壁上设置有沿所述输料管的轴向延伸的开口；
套管，套在所述输料管上，所述套管的外壁上设置有可与所述开口连通的出料口；其中，所述出料口为尺寸可调的出料口，所述出料口为长度连续可调的出料口；
所述套管的外壁包括第一部分和第二部分，所述第一部分和所述第二部分采用错位互补的台阶结构对接，所述第一部分和所述第二部分沿所述轴向可相对滑动，以调整所述出料口的长度。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述第一部分包括第一上台阶面、第一下台阶面以及连接所述第一上台阶面和所述第一下台阶面的第一连接面，所述第二部分包括第二上台阶面、第二下台阶面以及连接所述第二上台阶面和所述第二下台阶面的第二连接面，所述第一上台阶面和所述第一下台阶面分别与所述第二下台阶面和所述第二上台阶面接触，且可沿所述轴向相对滑动，所述第一下台阶面、所述第一连接面、所述第二下台阶面和所述第二连接面形成的中空区域为所述出料口。
3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述第一部分相对所述输料管可滑动，所述第二部分与所述输料管固定连接或与所述输料管一体成型。
4.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，所述第一部分包括限定所述第一部分沿所述轴向的长度的两个端部，所述第一部分的所述两个端部中的一个或两个为套在所述输料管上的封闭的圆环。
5.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述第一部分和所述第二部分均相对所述输料管可滑动。
6.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，所述第一部分包括限定所述第一部分沿所述轴向的长度的两个端部，所述第一部分的所述两个端部中的一个端部为套在所述输料管上的封闭的圆环；和/或所述第二部分包括限定所述第二部分沿所述轴向的长度的两个端部，所述第二部分的所述两个端部中的一个端部为套在所述输料管上的封闭的圆环。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的设备，其特征在于，所述出料口的尺寸的调节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。
8.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，所述出料口的尺寸的调节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。
9.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，还包括：
第一驱动装置，用于调节所述出料口的尺寸。
10.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，还包括：
第二驱动装置，用于调节所述输料管和所述套管作为一个整体与打印平台之间的相对位置，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。
11.根据权利要求8-10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。
12.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，还包括：
送料装置，通过所述输料管为所述出料口送料；
第三驱动装置，用于驱动所述送料装置，使得所述出料口的物料挤出量与所述出料口的尺寸相匹配。
13.根据权利要求1-6中任一项所述的设备，其特征在于，所述套管的外壁上设置有多个所述出料口，所述套管可相对所述输料管运动，使得不同出料口与所述开口连通。
14.根据权利要求13所述的设备，其特征在于，多个所述出料口沿所述套管的圆周方向排布，所述套管可绕所述输料管的轴线旋转，使得不同出料口与所述开口连通。
15.根据权利要求14所述的设备，其特征在于，还包括：
第四驱动装置，用于驱动所述套管绕所述输料管的轴线旋转，以切换出料口。
16.根据权利要求13所述的设备，其特征在于，不同所述出料口的宽度不同。
17.根据权利要求1-6中任一项所述的设备，其特征在于，所述输料管的端面上设置有进料口。
18.根据权利要求1-6中任一项所述的设备，其特征在于，所述输料管的内部采用圆弧设计。
19.根据权利要求9、10、12或15所述的设备，其特征在于，还包括：
控制装置，用于控制所述设备中的驱动装置。
20.一种用于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
输料管，其外壁上设置有沿所述输料管的轴向延伸的开口；
套管，套在所述输料管上，所述套管的外壁上设置有可与所述开口连通的出料口，所述套管的外壁包括第一部分和第二部分，所述第一部分和所述第二部分采用错位互补的台阶结构对接，所述第一部分和所述第二部分沿所述轴向可相对滑动；
所述控制方法包括：
控制所述第一部分和所述第二部分相对滑动，以调节所述出料口的尺寸。
21.根据权利要求20所述的控制方法，其特征在于，所述第一部分包括第一上台阶面、第一下台阶面以及连接所述第一上台阶面和所述第一下台阶面的第一连接面，所述第二部分包括第二上台阶面、第二下台阶面以及连接所述第二上台阶面和所述第二下台阶面的第二连接面，所述第一上台阶面和所述第一下台阶面分别与所述第二下台阶面和所述第二上台阶面接触，且可沿所述轴向相对滑动，所述第一下台阶面、所述第一连接面、所述第二下台阶面和所述第二连接面形成的中空区域为所述出料口。
22.根据权利要求20所述的控制方法，其特征在于，所述调节所述出料口的尺寸，包括：
调节所述出料口的尺寸，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。
23.根据权利要求22所述的控制方法，其特征在于，所述调节所述出料口的尺寸，包括：
调节所述出料口的尺寸，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。
24.根据权利要求22所述的控制方法，其特征在于，还包括：
调节所述输料管和所述套管作为一个整体与打印平台之间的相对位置，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22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。
26.根据权利要求20-25中任一项所述的控制方法，其特征在于，还包括：
控制送料装置为出料口送料，使得所述出料口的物料挤出量与所述出料口的尺寸相匹配。
27.根据权利要求20-25中任一项所述的控制方法，其特征在于，所述套管的外壁上设置有多个所述出料口，
所述控制方法还包括：
控制所述套管相对所述输料管运动，使得不同出料口与所述开口连通。
28.根据权利要求27所述的控制方法，其特征在于，多个所述出料口沿所述套管的圆周方向排布，
所述控制所述套管相对所述输料管运动，使得不同出料口与所述开口连通，包括：
控制所述套管绕所述输料管的轴线旋转，使得不同出料口与所述开口连通。
29.根据权利要求28所述的控制方法，其特征在于，不同所述出料口的宽度不同。
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