CN112549553A - 3d打印方法及3d打印机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种3D打印方法及3D打印机。所述3D打印机采用3D打印方法打印。3D打印方法包括：设定打印参数；对打印模型按照打印层厚H进行切片；解析每层轮廓图形；比较相邻层轮廓的差集面积是否大于过渡层预设面积S，如果是，则采用过渡处理打印，如果否，则按照打印层厚H正常打印；判断相邻层轮廓的异或集面积是否小于叠加层预设面积E，如果是，则采用叠加处理打印，如果否，则按照打印层厚H正常打印；逐层比较相邻层的轮廓是否大于过渡层预设面积S或小于叠加层预设面积E，循环执行正常打印、过渡处理打印、叠加处理打印。3D打印方法及3D打印机能够确保打印零件质量的同时，可有效提升打印效率。
Description
技术领域
本发明涉及智能铸造技术领域，特别是涉及一种3D打印方法及3D打印机。
背景技术
3D打印以三维数据模型为基础，通过专业切片软件，按照固定的切片厚度，将三维数据处理成二维轮廓数据，打印过程使用的是二维轮廓数据，逐层叠加构造物体。其中切片厚度非常关键，对打印效率、打印精度、表面质量都有很大的影响。由于3D打印的本质是若干个一定厚度的薄片叠加而成，在边界上会形成“台阶效应”。现有技术中一般切片的各层厚度是固定的，所以当切片厚度越小时，打印的零件就越精细、表面质量越好，但是切片厚度降低层数就会增加，打印效率也就越低，生产成本就会提高。
发明内容
基于此，有必要针对现有3D打印技术打印效率较低的问题，提供一种通过相邻层图像比较，判断相邻层数据的变化情况，据此控制打印机调整层厚打印或者延时喷墨，确保打印零件质量的同时，有效提升打印效率的3D打印方法及 3D打印机。
一种3D打印方法，所述的3D打印方法包括下述步骤：设定打印参数，包括打印层厚H、单层喷墨量P，单层喷墨等待时间为T，单层喷墨烘干温度C，过渡层预设面积S以及叠加层预设面积E；对打印模型按照打印层厚H进行切片，输出每层轮廓数据Ax；解析每层轮廓图形，根据每层轮廓数据Ax打印相邻层轮廓；比较相邻层轮廓的差集面积是否大于过渡层预设面积S，如果是，则采用过渡处理打印，如果否，则按照打印层厚H正常打印；判断相邻层轮廓的异或集面积是否小于叠加层预设面积E，如果是，则采用叠加处理打印，如果否，则按照打印层厚H正常打印；逐层比较相邻层的轮廓是否大于过渡层预设面积S或小于叠加层预设面积E，循环执行正常打印、过渡处理打印、叠加处理打印。
在其中一个实施例中，所述采用叠加处理打印的步骤还包括：对相邻层轮廓的异或集进行缩小处理，缩小比例K＝X*H*cota，X：叠加打印层数，a：Z向台阶纹路允许的最小。
在其中一个实施例中，所述叠加处理打印包括下述步骤：按照打印层厚H 逐层进行N层铺粉，采用喷墨量为P*N进行一次性喷墨。
在其中一个实施例中，所述叠加处理打印包括下述步骤：按照打印层厚H*N 一次性完成铺粉，采用喷墨量为P*N进行一次性喷墨。
在其中一个实施例中，所述采用喷墨量为P*N进行一次性喷墨的步骤中包括：采用校正值K1*P*N进行喷墨。
在其中一个实施例中，所述叠加处理打印包括下述步骤：对叠加层采用灰度打印。
在其中一个实施例中，所述采用叠加处理打印包括下述步骤：设定叠加处理打印的总层数最大值为N；判断循环执行叠加处理打印的层数是否大于N，如果是，则停止执行叠加处理打印，如果否，则继续执行叠加处理打印。
在其中一个实施例中，所述过渡处理打印的步骤包括：延长喷墨等待时间，每层喷墨等待时间为K2*T。
在其中一个实施例中，所述过渡处理打印的步骤包括：增加喷墨烘干温度，每层喷墨烘干温度为K3*C。
一种3D打印机，采用上述任一项实施例所述的3D打印方法进行打印。
上述3D打印方法及3D打印机，通过解析每层轮廓图形，逐层判断比较相邻层轮廓的差集面积，从而根据比较结果确定是否进行过渡处理打印；通过比较相邻层轮廓的异或集，从而根据比较结果确定是否进行叠加处理打印；这样通过逐层判断比较，循环执行过渡处理打印、叠加处理打印以及正常打印，从而可实现变层厚打印，以便有效提升打印效率，且同时可确保打印质量。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将对本发明进行更全面的描述，给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。
在一实施方式中，一种3D打印方法，所述的3D打印方法包括下述步骤：设定打印参数，包括打印层厚H、单层喷墨量P，单层喷墨等待时间为T，单层喷墨烘干温度C，过渡层预设面积S以及叠加层预设面积E；对打印模型按照打印层厚H进行切片，输出每层轮廓数据Ax；解析每层轮廓图形，根据每层轮廓数据Ax打印相邻层轮廓；比较相邻层轮廓的差集面积是否大于过渡层预设面积 S，如果是，则采用过渡处理打印，如果否，则按照打印层厚H正常打印；判断相邻层轮廓的异或集面积是否小于叠加层预设面积E，如果是，则采用叠加处理打印，如果否，则按照打印层厚H正常打印；逐层比较相邻层的轮廓是否大于过渡层预设面积S或小于叠加层预设面积E，循环执行正常打印、过渡处理打印、叠加处理打印。
在一实施方式中，一种3D打印机，所采用的3D打印方法进行打印步骤包括：设定打印参数，包括打印层厚H、单层喷墨量P，单层喷墨等待时间为T，单层喷墨烘干温度C，过渡层预设面积S以及叠加层预设面积E；对打印模型按照打印层厚H进行切片，输出每层轮廓数据Ax；解析每层轮廓图形，根据每层轮廓数据Ax打印相邻层轮廓；比较相邻层轮廓的差集面积是否大于过渡层预设面积S，如果是，则采用过渡处理打印，如果否，则按照打印层厚H正常打印；判断相邻层轮廓的异或集面积是否小于叠加层预设面积E，如果是，则采用叠加处理打印，如果否，则按照打印层厚H正常打印；逐层比较相邻层的轮廓是否大于过渡层预设面积S或小于叠加层预设面积E，循环执行正常打印、过渡处理打印、叠加处理打印。
上述3D打印方法及3D打印机，通过解析每层轮廓图形，逐层判断比较相邻层轮廓的差集面积，从而根据比较结果确定是否进行过渡处理打印；通过比较相邻层轮廓的异或集，从而根据比较结果确定是否进行叠加处理打印；这样通过逐层判断比较，循环执行过渡处理打印、叠加处理打印以及正常打印，从而可实现变层厚打印，以便有效提升打印效率，且同时可确保打印质量。
下面结合具体实施例对所述3D打印方法进行说明，以进一步理解所述3D 打印方法的发明构思。
一种3D打印方法，所述的3D打印方法包括下述步骤：
S110:设定打印参数，包括打印层厚H、单层喷墨量P，单层喷墨等待时间为T，单层喷墨烘干温度C，过渡层预设面积S以及叠加层预设面积E。
其中，过渡层预设面积S的取值具体通过标准二维图剪切算法对打印产品的相邻层轮廓取差集面积，结合打印产品结构、尺寸以及性能要求所确定的最优值。
其中，叠加层预设面积E的取值体通过标准二维图剪切算法对打印产品的相邻层轮廓取异或集面积，结合打印产品结构、尺寸以及性能要求所确定的最优值。
S120:对打印模型按照打印层厚H进行切片，输出每层轮廓数据Ax。
即，采用切片软件对打印产品的模型进行逐层切片，每层按照层厚H进行切片，然后输出每层轮廓数据Ax。其中，Ax可以是轮廓坐标集合，也可以是轮廓的面积值。
S130:解析每层轮廓图形，根据每层轮廓数据Ax打印相邻层轮廓。
即，切片软件通过将模型做切片处理后，按照输出的每层轮廓数据Ax输出打印命令，3D打印机按照输出的数据命令执行铺粉与喷墨的操作。
S140:比较相邻层轮廓的差集面积是否大于过渡层预设面积S，如果是，则采用过渡处理打印，如果否，则按照打印层厚H正常打印。
即当打印完当前层厚，开始准备下一层打印，则在此之前通过比较下一层与当前层轮廓的差集面积是否大于过渡层预设面积S以决定下一层打印的方式。具体地，当下一层轮廓与当前层轮廓的差集面积大于过渡层预设面积S，则说明下一层轮廓相对于当前层轮廓而言会变大较多，此时如果按照正常打印则很可能出现下一层打印后喷墨还未干就开始铺设下一层打印粉料，这样会导致出现打印翘层问题的出现，因此在这种情况下需要进行过渡处理方式进行打印。相反地，如果比较得到其未超过过渡层预设面积S，则说明下一层轮廓变化不是很大，可以采用正常打印方式进行打印。其中正常打印方式是按照打印层厚H和单层喷墨量P进行打印。其中，过渡处理打印指的是对轮廓较大层采用铺设相同层厚H的情况下，改变喷墨的处理，保证铺设下一层打印粉料时，该层喷墨完全干，从而确保打印质量。
为了确保喷墨完全干的情况下执行下一层打印，在其中一实施例中，所述过渡处理打印的步骤包括：延长喷墨等待时间，每层喷墨等待时间为K2*T。即，在正常打印情况下每层的喷墨等待时间为T，如果要打印较大轮廓层时需要延长喷墨等待时间，延长的时间系数K2值按照打印产品所使用的粘结剂与打印粉料的配比确定。在其中一实施例中，所述过渡处理打印的步骤包括：增加喷墨烘干温度，每层喷墨烘干温度为K3*C。即，通过采用加速喷墨干化的方式处理，从而提升打印效率。在实际使用中，通过在3D打印机的铺砂器或者打印头上设置加热器，从而使得在喷墨时对打印层进行烘烤干化，以便加速喷墨快速干化。需要说明的是，确保喷墨干化速度较快的方式还可以有其他方式，本实施例中所使用的方式是目前最佳方式。
S150:判断相邻层轮廓的异或集面积是否小于叠加层预设面积E，如果是，则采用叠加处理打印，如果否，则按照打印层厚H正常打印。
可以理解的是，比较相邻层轮廓的差集面积小于过渡层预设面积S时，如果按照正常打印方式执行打印依然无法快速提高打印效率，反而由于采用等待喷墨时间等原因降低打印效率。基于此通过对相邻层继续比较判断其是否相差较小，小到可以忽略其变化，从而可通过一次性铺设多层打印粉料并进行一次性喷射相应喷墨的叠加打印处理方式提升打印效率。
在其中一实施例中，所述叠加处理打印包括下述步骤：按照打印层厚H逐层进行N层铺粉，采用喷墨量为P*N进行一次性喷墨。也就是说，连续进行N 层铺粉之后将N层铺粉所需的喷墨量计算好一次性进行喷射，这样相较于喷射一层喷射一层的方式而言，极大地提升了打印效率。
在其中一实施例中，所述叠加处理打印包括下述步骤：按照打印层厚H*N 一次性完成铺粉，采用喷墨量为P*N进行一次性喷墨。也就是说，通过计算一次性铺设N*H厚度的打印粉料，之后一次性对N*H厚度的铺粉层进行喷墨，这样相较于喷射一层喷射一层的方式而言，极大地提升了打印效率。
在其中一实施例中，所述采用喷墨量为P*N进行一次性喷墨的步骤中包括：采用校正值K1*P*N进行喷墨。其中，K1取值范围为0.5～1.5。即增加喷墨量，这样可确保每层打印粉料充分固化粘结。
在其中一实施例中，所述叠加处理打印包括下述步骤：对叠加层采用灰度打印。应该理解的是，如果采用灰度打印，可以将合并打印的图像进行叠加，能够最大可能保留边缘细节。
在其中一实施例中，所述采用叠加处理打印包括下述步骤：设定叠加处理打印的总层数最大值为N；判断循环执行叠加处理打印的层数是否大于N，如果是，则停止执行叠加处理打印，如果否，则继续执行叠加处理打印。需要说明的是，对于叠加处理打印而言并非叠加越多越好，如果叠加打印较多层式，容易出现喷墨不均匀和不彻底的问题，反而会影响到打印质量。因此，发明人通过反复实验针对不同产品确定出每次能够最多叠加的层数以确保打印质量。在分析判断时如果超出预设的层数最大值，则意味着不能继续采用叠加处理方式，需要采用正常打印方式执行，以确保产品打印质量。
为了比较相邻层轮廓是否能够忽略变化采用叠加处理方式，发明人通过对取值很小的叠加层预设面积E进行试验发现在该数值的基础上进行叠加打印完全不影响到打印质量。因此，如果比较相邻层轮廓的异或集小于叠加层预设面积E则可以在确保打印质量的进行叠加打印以便提升效率。
在其中一实施例中，所述采用叠加处理打印的步骤还包括：对相邻层轮廓的异或集进行缩小处理，缩小比例K＝X*H*cota，X：叠加打印层数，a：Z向台阶纹路允许的最小角度。其中，a是针对X层高度的打印模型的最上层和最底层的边缘连线与X向的夹角。在本实施例中，为了进一步确保采用叠加打印方式时保证产品打印质量，需要对叠加处理打印方式做进一步处理，需要在相邻层轮廓的异或集取值的基础上做偏置处理，以便使得比较数据变小，相邻层比较而言其变化更小，从而使得采用叠加打印时边缘部分的台阶效应会更小。在本实施例中，发明人经过反复实验探索得到通过对相邻层轮廓的异或集进行缩小处理，其中缩小比例采用公式K＝X*H*cota计算得到的数据最佳。
S160:逐层比较相邻层的轮廓是否大于过渡层预设面积S或小于叠加层预设面积E，循环执行正常打印、过渡处理方式打印、叠加处理打印。
即，通过逐层比较打印模型的轮廓数据Ax，当打印完当前层时，进行下一层的判断，当相邻层的轮廓是大于过渡层预设面积S，则进行过渡处理打印；当相邻层的轮廓是小于叠加层预设面积E，则进行叠加打印；当判断的情况不属于这两种方式时，则采用正常方式打印。这样对于一个打印产品而言在执行整个打印操作的过程中会交替地使用到上述三种打印方式，从而实现变层厚打印，在确保打印质量的同时，有效提升打印效率。
上述3D打印方法，通过解析每层轮廓图形，逐层判断比较相邻层轮廓的差集面积，从而根据比较结果确定是否进行过渡处理打印；通过比较相邻层轮廓的异或集，从而根据比较结果确定是否进行叠加处理打印；这样通过逐层判断比较，循环执行过渡处理打印、叠加处理打印以及正常打印，从而可实现变层厚打印，以便有效提升打印效率，且同时可确保打印质量。
在其中一实施例中，一种3D打印机，采用上述任一项所述的3D打印方法进行打印。
上述3D打印机，其打印方法通过解析每层轮廓图形，逐层判断比较相邻层轮廓的差集面积，从而根据比较结果确定是否进行过渡处理打印；通过比较相邻层轮廓的异或集，从而根据比较结果确定是否进行叠加处理打印；这样通过逐层判断比较，循环执行过渡处理打印、叠加处理打印以及正常打印，从而可实现变层厚打印，以便有效提升打印效率，且同时可确保打印质量。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种3D打印方法，其特征在于，所述的3D打印方法包括下述步骤：
设定打印参数，包括打印层厚H、单层喷墨量P，单层喷墨等待时间为T，单层喷墨烘干温度C，过渡层预设面积S以及叠加层预设面积E；
对打印模型按照打印层厚H进行切片，输出每层轮廓数据Ax；
解析每层轮廓图形，根据每层轮廓数据Ax打印相邻层轮廓；
比较相邻层轮廓的差集面积是否大于过渡层预设面积S，如果是，则采用过渡处理打印，如果否，则按照打印层厚H正常打印；
判断相邻层轮廓的异或集面积是否小于叠加层预设面积E，如果是，则采用叠加处理打印，如果否，则按照打印层厚H正常打印；
逐层比较相邻层的轮廓是否大于过渡层预设面积S或小于叠加层预设面积E，循环执行正常打印、过渡处理打印、叠加处理打印。
2.根据权利要求1所述的3D打印方法，其特征在于，所述采用叠加处理打印的步骤还包括：对相邻层轮廓的异或集进行缩小处理，缩小比例K＝X*H*cota，X：叠加打印层数，a：Z向台阶纹路允许的最小角度。
3.根据权利要求1所述的3D打印方法，其特征在于，所述叠加处理打印包括下述步骤：
按照打印层厚H逐层进行N层铺粉，采用喷墨量为P*N进行一次性喷墨。
4.根据权利要求1所述的3D打印方法，其特征在于，所述叠加处理打印包括下述步骤：
按照打印层厚H*N一次性完成铺粉，采用喷墨量为P*N进行一次性喷墨。
5.根据权利要求3或4所述的3D打印方法，其特征在于，所述采用喷墨量为P*N进行一次性喷墨的步骤中包括：采用校正值K1*P*N进行喷墨。
6.根据权利要求5所述的3D打印方法，其特征在于，所述叠加处理打印包括下述步骤：对叠加层采用灰度打印。
7.根据权利要求1所述的3D打印方法，其特征在于，所述采用叠加处理打印包括下述步骤：
设定叠加处理打印的总层数最大值为N；
判断循环执行叠加处理打印的层数是否大于N，如果是，则停止执行叠加处理打印，如果否，则继续执行叠加处理打印。
8.根据权利要求1所述的3D打印方法，其特征在于，所述过渡处理打印的步骤包括：延长喷墨等待时间，每层喷墨等待时间为K2*T。
9.根据权利要求1所述的3D打印方法，其特征在于，所述过渡处理打印的步骤包括：增加喷墨烘干温度，每层喷墨烘干温度为K3*C。
10.一种3D打印机，其特征在于，采用如权利要求1至9中任一项所述的3D打印方法进行打印。
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