CN113001966B - 3d打印的方法及3d打印设备 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供一种3D打印的方法及3D打印设备，通过在射流周围增加偏转电场/磁场以使打印材料精确的射落到接收组件上完成3D打印，且在整个3D打印过程中无水平的机械运动，因此，有效避免了由于快速水平的机械运动产生的震动影响打印材料的精准落点，以及打印模型在水平的机械运动中本身的惯性影响薄壁结构成型等问题，进而提高了用户的使用体验。

Description

3D打印的方法及3D打印设备

技术领域

本发明涉及3D打印技术领域，尤其是涉及一种3D打印的方法及3D打印设备。

背景技术

传统静电纺丝3D打印技术是在材料挤出端与材料接收端之间增加电场，使带电材料在电场力的作用下由挤出端射向收集端，如果挤出端与收集端之间的距离过长，则带电打印材料射出时会发生无序鞭动，打印材料到达收集端后会形成无规则形态。这种无序的纤维无法进行规则可控的3D打印。因而衍生出了近场电纺，即缩短挤出端与收集端的距离，在打印材料发生无序鞭动前就让材料落到收集端上，打印材料落在收集端的位置为挤出点在收集端上电场方向的投影点，从而可以进行规则可控的3D打印。

然而，目前常见的静电近场电纺3D打印技术采用机械运动的方式打印各种3D模型，该方式在打印过程中，由于快速水平的机械运动产生的震动会影响打印材料的精准落点，以及3D模型在水平的机械运动中本身的惯性会影响薄壁结构的成型，因此，降低了用户的使用体验。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种3D打印的方法及3D打印设备，以缓解上述技术问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种3D打印的方法，该方法基于可控电场/磁场精准编辑带电熔融材料的落点位置。其中，可控电场/磁场应用于3D打印设备的终端，终端分别与3D打印设备的偏转控制电源、3D打印机的运动装置电连接，3D打印机还包括底座，原料挤出组件、偏转组件和接收组件，其中，运动装置的竖直运动组件和水平运动组件均安装在底座上，原料挤出组件安装在竖直运动组件上，接收组件安装在水平运动组件上，偏转组件与偏转控制电源电连接，且，安装在原料挤出组件上；上述方法包括：当原料挤出组件或接收组件处于通电状态时，接收待打印的三维模型；将三维模型按照预设切割厚度分割为多个模型切片；将每个模型切片作为目标模型切片，执行以下操作：获取目标模型切片上打印路径对应的路径数据，以及，目标模型切片距离三维模型底部的高度值；其中，路径数据包括沿打印方向依次在打印路径上预先选取的各个打印路径点的坐标数据；根据路径数据计算各个打印路径点对应的偏转电能值，以及，根据高度值计算原料挤出组件的出料针的打印高度；根据打印高度生成驱动指令，通过驱动指令驱动竖直运动组件带动出料针运动至打印高度；基于偏转电能值生成控制指令，通过控制指令控制偏转控制电源向偏转组件发送电能值为偏转电能值的电能，以使出料针喷出的打印材料射流在偏转组件产生的偏转电场或磁场中偏转射落到接收组件上。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，终端还与高压电源电连接，高压电源与原料挤出组件或接收组件电连接，用于为原料挤出组件或接收组件提供电能；在根据高度值计算原料挤出组件的出料针的打印高度之后，该方法还包括：获取原料挤出组件或接收组件处于通电状态时的出丝场强；根据出丝场强和打印高度计算出丝电压值；根据出丝电压值生成电压控制指令，通过电压控制指令控制高压电源向原料挤出组件或接收组件发送电压值为出丝电压值的电压。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，偏转电能值包括第一偏转电能值和第二偏转电能值；根据路径数据计算各个打印路径点对应的偏转电能值的步骤，包括：针对每个打印路径点，获取打印路径点对应的路径标识；从路径数据中查询与路径标识匹配的目标坐标数据；将目标坐标数据的目标横坐标数据代入偏转电能值与横坐标数据正相关的第一预设函数，得到打印路径点对应的第一偏转电能值；将目标坐标数据的目标纵坐标数据代入偏转电能值与纵坐标数据正相关的第二预设函数，得到打印路径点对应的第二偏转电能值。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，根据高度值计算原料挤出组件的出料针的打印高度的步骤，包括：将出料针距离目标模型切片的预设高度值与高度值相加计算，得到打印高度。

结合第一方面的第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，偏转组件包括横轴偏转件，以及与横轴偏转件垂直放置的纵轴偏转件；基于偏转电能值生成控制指令，通过控制指令控制偏转控制电源向偏转组件发送电能值为偏转电能值的电能，以使出料针喷出的打印材料射流在偏转组件产生的偏转电场或磁场中偏转射落到接收组件上的步骤，包括：基于第一偏转电能值生成第一控制指令，通过第一控制指令控制偏转控制电源向横轴偏转件发送电能值为第一偏转电能值的电能，以使出料针喷出的打印材料射流在横轴偏转件产生的偏转电场或磁场中沿横轴方向偏转；以及，基于第二偏转电能值生成第二控制指令，通过第二控制指令控制偏转控制电源向纵轴偏转件发送电能值为第二偏转电能值的电能，以使出料针喷出的打印材料射流在纵轴偏转件产生的偏转电场或磁场中沿纵轴方向偏转。

第二方面，本发明实施例还提供一种3D打印设备，其中，3D打印设备包括终端、高压电源，以及与终端电连接的偏转控制电源、3D打印机的运动装置，3D打印机还包括底座，原料挤出组件、偏转组件和接收组件，其中，运动装置的竖直运动组件和水平运动组件均安装在底座上，原料挤出组件安装在竖直运动组件上，接收组件安装在水平运动组件上，偏转组件与偏转控制电源电连接，且，安装在原料挤出组件上，原料挤出组件或接收组件与高压电源电连接；其中，终端用于执行上述的3D打印的方法，以实现3D打印。

结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第一种可能的实施方式，其中，原料挤出组件包含料筒、出料针和料筒温控组件；料筒温控组件与料筒连接，其中，料筒温控组件包括加热器、散热器和温度传感器，加热器安装在散热器下方，温度传感器安装在加热器内，出料针与料筒的料腔连接；料筒用于盛放打印所需的打印材料；料筒温控组件，用于通过温度传感器监测打印材料的温度，并利用加热器或散热器调节打印材料的温度；出料针，用于将打印材料向接收组件进行射流。

结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第二种可能的实施方式，其中，偏转组件包含横轴偏转件、纵轴偏转件、偏转固定架，其中，横轴偏转件和纵轴偏转件互相垂直安装在偏转固定架上，横轴偏转件和纵轴偏转件为偏转电极或偏转线圈；横轴偏转件，用于接收偏转控制电源发送的第一偏转电能值，以产生横轴的偏转电场或磁场；纵轴偏转件，用于接收偏转控制电源发送的第二偏转电能值，以产生纵轴的偏转电场或磁场。

结合第二方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第二方面的第三种可能的实施方式，其中，接收组件包括接收板、导电板、绝缘壳、高压线、隔离板、平台控温模块；其中，由接收板和绝缘壳构成封闭空间，在封闭空间中从上到下依次设置接收板、导电板、隔离板和平台控温模块；其中，接收板为绝缘材质，用于隔离出原料挤出组件的出料针与导电板，以防止出料针与导电板之间产生拉弧放电；导电板为导电材质，高压线为耐高压的导电线，导电板通过高压线与高压电源电连接，用于在出料针之间形成高压电场；隔离板为绝缘材质，用于隔离导电板与平台温控模块；平台控温模块，用于对接收板进行温度调节。

结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第四种可能的实施方式，其中，3D打印设备还包括真空环境控制模块，真空环境控制模块包括真空腔体、真空泵、导气管和气压计；其中，3D打印机放置在真空腔体中，气压计和真空泵通过导气管与真空腔体相连；真空泵，用于通过导气管抽取真空腔体内的空气，为3D打印机提供真空环境；气压计，用于监测真空腔体的气压。

本发明实施例带来了以下有益效果：

本申请实施例提供一种3D打印的方法及3D打印设备，其中，当原料挤出组件或接收组件处于通电状态时，接收待打印的三维模型；将三维模型按照预设切割厚度分割为多个模型切片；将每个模型切片作为目标模型切片，执行以下操作：获取目标模型切片上打印路径对应的路径数据，以及，目标模型切片距离三维模型底部的高度值；其中，路径数据包括沿打印方向依次在打印路径上预先选取的各个打印路径点的坐标数据；根据路径数据计算各个打印路径点对应的偏转电能值，以及，根据高度值计算原料挤出组件的出料针的打印高度；根据打印高度生成驱动指令，通过驱动指令驱动竖直运动组件带动出料针运动至打印高度；基于偏转电能值生成控制指令，通过控制指令控制偏转控制电源向偏转组件发送电能值为偏转电能值的电能，以使出料针喷出的打印材料射流在偏转组件产生的偏转电场或磁场中偏转射落到接收组件上。

本申请让带电的熔融材料受电场/磁场影响产生射流，再通过控制偏转电压的大小改变偏转电场的方向和强弱，或通过控制电流的大小和方向改变磁场的强弱和方向，从而使射流随之偏移，最终引导射流精准的落在接收组件上完成3D打印，且在整个3D打印过程中无水平的机械运动，因此，有效避免了由于快速水平的机械运动产生的震动影响打印材料的精准落点，以及打印模型在水平的机械运动中本身的惯性影响薄壁结构成型等问题，该方法打印的丝径为几百纳米至几百微米，相比传统挤出式打印方式的丝径更细，可在更小的范围打印更复杂的结构，进而提高了用户的使用体验。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种3D打印设备的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种3D打印的方法的流程图；

图3为本发明实施例提供的一种打印路径的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种原料挤出组件的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的一种偏转组件的纵截面示意图；

图6为本发明实施例提供的一种接收组件的纵截面示意图；

图7为本发明实施例提供的一种真空环境控制模块的结构示意图。

图标：

101-底座；102-原料挤出组件；103-偏转组件；104-接收组件；105-竖直运动组件；106-水平运动组件；400-出料针；401-加热器；402-散热器；403-温度传感器；500-横轴偏转件；501-纵轴偏转件；502-偏转固定架；600-接收板；601-导电板；602-绝缘壳；603-高压线；604-隔离板；605-平台控温模块；700-真空腔体；701-真空泵；702-导气管；703-气压计。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为了有效避免现有3D打印过程中，由于快速水平的机械运动产生的震动影响打印材料的精准落点，以及3D模型在水平的机械运动中本身的惯性影响薄壁结构成型等问题，基于此，本发明实施例提供的一种3D打印的方法及3D打印设备，可以缓解上述技术问题。

图1示出了一种3D打印设备的结构示意图，如图1所示，3D打印设备包括终端(未在图1中示出)、高压电源(未在图1中示出)，以及与终端电连接的偏转控制电源(未在图1中示出)、3D打印机的运动装置，3D打印机还包括底座101，原料挤出组件102、偏转组件103和接收组件104，其中，运动装置的竖直运动组件105和水平运动组件106均安装在底座101上，原料挤出组件102安装在竖直运动组件105上，接收组件104安装在水平运动组件106上，偏转组件103与偏转控制电源电连接，且，安装在原料挤出组件102上，原料挤出组件102或接收组件104与高压电源电连接。

上述终端可以为智能手机、平板电脑等能够联网的智能终端，通常，该终端可以安装在3D打印机上组成一体结构，也可以与3D打印机通过电线连接，在此不进行限定。

本实施例提供了一种3D打印的方法，该方法应用于上述终端，参见图2所示的一种3D打印的方法的流程图，该方法具体包括如下步骤：

步骤S202，当原料挤出组件或接收组件处于通电状态时，接收待打印的三维模型；

在打印过程中，为了避免打印材料射流在运动过程中受到空气阻力的影响，将上述3D打印机置于真空环境中。

在高压电源给原料挤出组件或接收组件施加直流电压时，可视为原料挤出组件或接收组件处于通电状态，在该通电状态下，可在原料挤出组件或接收组件之间产生出丝场强，在出丝场强的作用下，使得打印材料在原料挤出组件的出料针尖处形成打印材料射流，以使得打印射流在电场/磁场的作用下由出料针射向接收组件。

上述待打印的三维模型是由三维建模软件根据待打印产品的形状和尺寸绘制而成的，也可以为CT(Computed Tomography，电子计算机断层扫描)、超声、核磁共振、3D扫描等成像方式获得的3D数据；该三维建模软件可以是预先安装在上述终端上的三维模型构建软件，也可以是预先安装在其他终端上的三维模型构建软件，在此不进行限定。

若三维建模软件安装在其他终端上，在用户利用三维建模软件将产品的三维模型绘制完成后，可通过该其他终端将三维模型传输至上述终端。

步骤S204，将三维模型按照预设切割厚度分割为多个模型切片；

在本实施例中，预设切割厚度可以根据实际需要进行设置，对此不进行限定。在实际分割时，从三维模型底部开始从下至上按照预设切割厚度依次进行分割，以得到一连续序列号的模型切片，该序列号可理解为是模型切片对应的唯一标识，可以用数字或者字符表示该序列号，在此不进行限定。

步骤S206，将每个模型切片作为目标模型切片，执行步骤S208至步骤S214的操作：

通常，将多个模型切片按照上述序列号依次作为目标模型切片，以执行步骤S208至步骤S214的操作。

步骤S208，获取目标模型切片上打印路径对应的路径数据，以及，目标模型切片距离三维模型底部的高度值；其中，路径数据包括沿打印方向依次在打印路径上预先选取的各个打印路径点的坐标数据；

在实际打印过程中，出料针会沿着该目标模型切片上打印路径进行整层打印，从而完成一个层打印成果，其中，该打印路径对应的路径数据的格式可以是G代码数据或M代码数据，而获取到的路径数据包括该打印路径上预先选取的各个打印路径点的坐标数据。

为了便于理解，图3示出了一种打印路径的结构示意图，如图3所示，以打印路径为圆为例进行说明，在圆上预先选取12个打印路径点，其中，以点1为打印起点，图3中箭头方向为打印方向，在实际打印中，出料针沿箭头方向依次经过上述打印路径点以完成打印，其中，路径数据包括上述12个打印路径点分别相对于打印路径的中心点的坐标数据。其中，打印路径点的选取可以根据实际需要进行确定，在此不进行限定。

在经步骤S204将三维模型按照预设切割厚度分割为多个模型切片后，终端存储了模型切片的序列号，以及该序列号对应的高度值，其中，该高度值即为序列号对应的模型切片距离三维模型底部的高度值。

比如，三维模型高度为5毫米，预设切割厚度设为50微米，按照从下至上的分割顺序可得到序列号为1至100的100个厚度为50微米的模型切片，其中，序列号为1的模型切片其切片顶部距离三维模型底部的高度值为50微米，序列号为2的模型切片其切片顶部距离三维模型底部的高度值为100微米，序列号为3的模型切片其切片顶部距离三维模型底部的高度值为150微米，由此可得到其余模型切片的切片顶部距离三维模型底部的高度值，在此不进行一一赘述。在实际使用时，模型切片距离三维模型底部的高度值是由三维模型高度和预设切割厚度决定的，在此不对模型切片距离三维模型底部的高度进行限定。

步骤S210，根据路径数据计算各个打印路径点对应的偏转电能值，以及，根据高度值计算原料挤出组件的出料针的打印高度；

由于打印材料通常是高分子材料，具有较高的粘度，因此，随着三维模型的打印高度增高，打印材料下落的距离变短，会使落到模型上的射流变粗，最终的产品从下到上越来越密，因此，在打印过程中，随着模型切片的打印完成需要抬高出料针的打印高度，才能保证落到模型上的射流不变粗，不影响产品的成型。

在本实施例中，可将出料针距离目标模型切片的预设高度值与高度值相加计算，得到打印高度。其中，预设高度值可以根据实际需要进行设置。

步骤S212，根据打印高度生成驱动指令，通过驱动指令驱动竖直运动组件带动出料针运动至打印高度；

步骤S214，基于偏转电能值生成控制指令，通过控制指令控制偏转控制电源向偏转组件发送电能值为偏转电能值的电能，以使出料针喷出的打印材料射流在偏转组件产生的偏转电场或磁场中偏转射落到接收组件上。

在本实施例中，为了实现好的打印效果，应随着打印层数的增加，适当调节出丝电压及出料针高度。为了令打印材料射流按照预设的打印路径落在接收组件表面，需要根据打印路径生成X轴和Y轴偏转曲线，并根据这两条曲线给偏转组件施加偏转电压或偏转电流，令打印材料射流受到水平方向的偏转力，经过偏转组件时按照预定角度偏转，按照设计路径，在接收组件表面逐渐堆积成为目标产品。其中，打印材料射流在接收组件表面的预设落点沿X轴和Y轴方向的运动速度，取决于X轴和Y轴偏转角度的变化率。为了防止打印材料的堆积或过度拉伸，打印材料射流在接收组件表面落点的预设运动速度，即X轴和Y轴偏转角度的变化率的矢量和，应当与打印材料射流落在接收组件表面之前的运动速度相匹配。

通常，如果出料针高度增高，而出丝电压值不变，则出丝场强变小，使得打印射流下落速度变慢，射流落点偏移，继续抬高出料针，出料针则会无法喷射出打印材料以完成打印，因此，在出料针高度增高时，为了保证出丝场强不变，需要增大出丝电压值。

在本实施例中，终端还与高压电源电连接，高压电源与原料挤出组件或接收组件电连接，用于为原料挤出组件或接收组件提供电能；在打印过程中控制高压电源为原料挤出组件或接收组件提供电能的过程，可由步骤A1至步骤A3实现：

步骤A1，获取原料挤出组件或接收组件处于通电状态时的出丝场强；

步骤A2，根据出丝场强和打印高度计算出丝电压值；

通常，出丝场强、打印高度和出丝电压值三者满足下列公式：E＝V/D；其中，E表示出丝场强，V表示出丝电压值，D表示打印高度。

因此，在出丝场强和打印高度已知的情况下，根据上式可计算出出丝电压值。

步骤A3，根据出丝电压值生成电压控制指令，通过电压控制指令控制高压电源向原料挤出组件或接收组件发送电压值为出丝电压值的电压。

通过控制高压电源向原料挤出组件或接收组件发送电压值为出丝电压值的电压，以保证出丝场强不变。

作为其中的一个实施例，上述偏转组件包括横轴偏转件，以及与横轴偏转件互相垂直的纵轴偏转件，因此，需要通过偏转控制电源向横轴偏转件发送电能值为第一偏转电能值的电能，向纵轴偏转件发送电能值为第二偏转电能值的电能，以使横轴偏转件在横轴方向产生偏转电场或磁场，使纵轴偏转件在纵轴方向产生偏转电场或磁场，从而保证打印材料准确的射落到打印路径点所在的坐标位置上。

上述偏转电能值包括第一偏转电能值和第二偏转电能值，因此，步骤S210根据路径数据计算各个打印路径点对应的偏转电能值的过程，可由步骤B1至步骤B4实现：

步骤B1，针对每个打印路径点，获取打印路径点对应的路径标识；

续接前例，图3中圆上的数字为打印路径点对应的路径标识，在实际使用时，路径标识可以根据需要进行设置，在此不进行限定。

步骤B2，从路径数据中查询与路径标识匹配的目标坐标数据；

上述路径数据中不仅包括打印路径点的坐标数据，还包括与每个打印路径一一对应的路径标识，通过路径标识那能确定出坐标数据；比如，获取的路径标识为3，则在路径数据中查找与路径标识3匹配的目标路径标识，将该目标路径标识对应的坐标数据确定为路径标识3对应的目标坐标数据。

步骤B3，将目标坐标数据的目标横坐标数据代入偏转电能值与横坐标数据正相关的第一预设函数，得到打印路径点对应的第一偏转电能值；

继续以打印路径为圆为例进行说明，由目标坐标数据能够确定出该圆的半径为R，设置打印速度为v，设置打印时间为t，由于当前打印路径点的目标坐标数据为(x3，y3)，因此，第一偏转电能值满足第一预设函数：以电压计算采用Vx3＝K₁Rsin(vt/R)或以电流计算采用Ax3＝K₂Rsin(vt/R)；其中，K₁、K₂均表示第一偏转电能值和偏移距离的转换系数，该偏移距离是指打印路径点与出料针(中心点)之间的距离，可通过打印路径点的坐标数据计算得到。

步骤B4，将目标坐标数据的目标纵坐标数据代入偏转电能值与纵坐标数据正相关的第二预设函数，得到打印路径点对应的第二偏转电能值。

续接前例，第二偏转电能值满足第二预设函数：以电压计算采用Vy3＝K₁Rsin(vt/R-πR/2v)或以电流计算采用Ay3＝K₂Rsin(vt/R-πR/2v)。通过第一预设函数和第二预设函数能够确定出第一偏转电能值和第二偏转电能值，以使打印材料在横轴偏转件和纵轴偏转件产生的偏转电场或磁场的共同作用下，实现精准打印的。其中，第一预设函数和第二预设函数根据打印路径进行确定，在此不进行限定。

作为其中的一个实施例，上述步骤步骤S214可由步骤C1至步骤C2实现：

步骤C1，基于第一偏转电能值生成第一控制指令，通过第一控制指令控制偏转控制电源向横轴偏转件发送电能值为第一偏转电能值的电能，以使出料针喷出的打印材料射流在横轴偏转件产生的偏转电场或磁场中沿横轴方向偏转；

步骤C2，基于第二偏转电能值生成第二控制指令，通过第二控制指令控制偏转控制电源向纵轴偏转件发送电能值为第二偏转电能值的电能，以使出料针喷出的打印材料射流在纵轴偏转件产生的偏转电场或磁场中沿纵轴方向偏转。

在横轴偏转件产生的偏转电场和纵轴偏转件产生的偏转电场或磁场的共同作用下，使得打印材料射落到接收组件上，在接收组件表面逐渐堆积成打印产品。其中，上述步骤C1的过程和步骤C2的过程是同时进行的无先后顺序。

对应于上述方法实施例，本发明实施例提供了一种3D打印设备，该3D打印设备的结构如图1所示出的，其中，该3D打印设备包括终端、高压电源，以及与终端电连接的偏转控制电源、3D打印机的运动装置，3D打印机还包括底座，原料挤出组件、偏转组件和接收组件，其中，运动装置的竖直运动组件和水平运动组件均安装在底座上，原料挤出组件安装在竖直运动组件上，接收组件安装在水平运动组件上，偏转组件与偏转控制电源电连接，且，安装在原料挤出组件上，原料挤出组件或接收组件与高压电源电连接；其中，终端用于执行上述的3D打印的方法，以实现3D打印。

图4示出了一种原料挤出组件的结构示意图，如图4所示，原料挤出组件102包含料筒(图4中未示出)、出料针400和料筒温控组件；料筒温控组件与料筒连接，其中，料筒温控组件包括加热器401、散热器402和温度传感器403，加热器401安装在散热器402下方，温度传感器403安装在加热器内，出料针与料筒的料腔连接；料筒用于盛放打印所需的打印材料；料筒温控组件，用于通过温度传感器监测打印材料的温度，并利用加热器或散热器调节打印材料的温度；出料针，用于将打印材料向接收组件进行射流。

根据打印需求，配置所需的打印材料，打印材料可以为加温后可以熔融的固体材料，如高分子材料聚己内酯PCL，PLGA(poly(lactic-co-glycolic acid)，聚乳酸-羟基乙酸共聚物)，PGA(Polyglycolic acido，聚乙醇酸)，聚乳酸PLA等；也可以为溶解了打印所需物质的液体打印材料，如PCL的六氟异丙醇溶液，配置好的材料需要装载至料筒的料腔内。

图5示出了一种偏转组件的纵截面示意图，如图5所示，偏转组件包含横轴偏转件500、纵轴偏转件501、偏转固定架502，其中，横轴偏转件500和纵轴偏转件501互相垂直安装在偏转固定架502上，横轴偏转件500和纵轴偏转件501为偏转电极或偏转线圈；横轴偏转件，用于接收偏转控制电源发送的第一偏转电能值，以产生横轴的偏转电场或磁场；纵轴偏转件，用于接收偏转控制电源发送的第二偏转电能值，以产生纵轴的偏转电场或磁场。

在偏转组件产生的偏转电场或磁场的作用下，将打印材料沿横轴和纵轴两个方向上定量偏转射流，以实现打印材料射流在接收组件上落点的控制。

图6示出了一种接收组件的纵截面示意图，如图6所示，接收组件包括接收板600、导电板601、绝缘壳602、高压线603、隔离板604、平台控温模块605；其中，由接收板600和绝缘壳602构成封闭空间，在封闭空间中从上到下依次设置接收板600、导电板601、隔离板604和平台控温模块605；其中，接收板为绝缘材质，用于隔离出原料挤出组件的出料针与导电板，以防止出料针与导电板之间产生拉弧放电；导电板为导电材质，高压线为耐高压的导电线，导电板通过高压线与高压电源电连接，用于在出料针之间形成高压电场；隔离板为绝缘材质，用于隔离导电板与平台温控模块；平台控温模块，用于对接收板进行温度调节。

平台控温模块可将温度通过导电板最终传导至接收板，降低打印材料的降温速度，使打印材料粘附与接收板上，以得到打印产品模型。

图7示出了一种真空环境控制模块的结构示意图，如图7所示，3D打印设备还包括真空环境控制模块，真空环境控制模块包括真空腔体700、真空泵701、导气管702和气压计703；其中，3D打印机放置在真空腔体中，气压计和真空泵通过导气管与真空腔体相连；真空泵，用于通过导气管抽取真空腔体内的空气，为3D打印机提供真空环境；气压计，用于监测真空腔体的气压。

上述真空环境控制模块为打印创造一个真空环境，可有效避免打印材料射流在运动过程中受到空气阻力的影响，从而实现精准打印。

本发明实施例提供的3D打印设备，与上述实施例提供的3D打印的方法具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。

本发明实施例所提供的3D打印的方法及3D打印设备的计算机程序产品，包括存储了程序代码的计算机可读存储介质，所述程序代码包括的指令可用于执行前面方法实施例中所述的方法，具体实现可参见方法实施例，在此不再赘述。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的设备的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

最后应说明的是：以上实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种3D打印的方法，其特征在于，所述方法应用于3D打印设备的终端，所述终端分别与3D打印设备的偏转控制电源、3D打印机的运动装置电连接，所述3D打印机还包括底座，原料挤出组件、偏转组件和接收组件，其中，所述运动装置的竖直运动组件和水平运动组件均安装在所述底座上，所述原料挤出组件安装在所述竖直运动组件上，所述接收组件安装在所述水平运动组件上，所述偏转组件与所述偏转控制电源电连接，且，安装在所述原料挤出组件上；所述方法包括：

当所述原料挤出组件或所述接收组件处于通电状态时，接收待打印的三维模型；

将所述三维模型按照预设切割厚度分割为多个模型切片；

将每个所述模型切片作为目标模型切片，执行以下操作：

获取所述目标模型切片上打印路径对应的路径数据，以及，所述目标模型切片距离所述三维模型底部的高度值；其中，所述路径数据包括沿打印方向依次在所述打印路径上预先选取的各个打印路径点的坐标数据；

根据所述路径数据计算各个所述打印路径点对应的偏转电能值，以及，根据所述高度值计算所述原料挤出组件的出料针的打印高度；

根据所述打印高度生成驱动指令，通过所述驱动指令驱动所述竖直运动组件带动所述出料针运动至所述打印高度；

基于所述偏转电能值生成控制指令，通过所述控制指令控制所述偏转控制电源向所述偏转组件发送电能值为所述偏转电能值的电能，以使所述出料针喷出的打印材料射流在偏转组件产生的偏转电场或磁场中偏转射落到所述接收组件上；

所述偏转电能值包括第一偏转电能值和第二偏转电能值；

根据所述路径数据计算各个所述打印路径点对应的偏转电能值的步骤，包括：

针对每个所述打印路径点，获取所述打印路径点对应的路径标识；

从所述路径数据中查询与所述路径标识匹配的目标坐标数据；

将所述目标坐标数据的目标横坐标数据代入偏转电能值与横坐标数据正相关的第一预设函数，得到所述打印路径点对应的第一偏转电能值；其中，所述第一预设函数如下式表示：

Vx＝K₁Rsin(vt/R)或Ax＝K₂Rsin(vt/R)

其中，Vx为所述第一偏转电能值对应的电压值，Ax为所述第一偏转电能值对应的电流值，K₁，K₂均为所述第一预设函数的转换系数，R为所述目标坐标数据中圆的半径，v为打印速度，t为打印时间；

将所述目标坐标数据的目标纵坐标数据代入偏转电能值与纵坐标数据正相关的第二预设函数，得到所述打印路径点对应的第二偏转电能值；

其中，所述第二预设函数如下式表示：

Vy＝K₃ Rsin(vt/R-πR/2v)或Ay＝K₄ Rsin(vt/R-πR/2v)

其中，Vy为所述第二偏转电能值对应的电压值，Ay为所述第二偏转电能值对应的电流值，K₃，K₄均为所述第二预设函数的转换系数，R为所述目标坐标数据中圆的半径，v为打印速度，t为打印时间。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述终端还与高压电源电连接，所述高压电源与所述原料挤出组件或所述接收组件电连接，用于为所述原料挤出组件或所述接收组件提供电能；

在根据所述高度值计算所述原料挤出组件的出料针的打印高度之后，所述方法还包括：

获取所述原料挤出组件或所述接收组件处于通电状态时的出丝场强；

根据所述出丝场强和所述打印高度计算出丝电压值；

根据所述出丝电压值生成电压控制指令，通过所述电压控制指令控制所述高压电源向所述原料挤出组件或所述接收组件发送电压值为所述出丝电压值的电压。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述高度值计算所述原料挤出组件的出料针的打印高度的步骤，包括：

将所述出料针距离所述目标模型切片的预设高度值与所述高度值相加计算，得到打印高度。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述偏转组件包括横轴偏转件，以及与所述横轴偏转件垂直放置的纵轴偏转件；

基于所述偏转电能值生成控制指令，通过所述控制指令控制所述偏转控制电源向所述偏转组件发送电能值为所述偏转电能值的电能，以使所述出料针喷出的打印材料射流在偏转组件产生的偏转电场或磁场中偏转射落到所述接收组件上的步骤，包括：

基于所述第一偏转电能值生成第一控制指令，通过所述第一控制指令控制所述偏转控制电源向所述横轴偏转件发送电能值为所述第一偏转电能值的电能，以使所述出料针喷出的打印材料射流在横轴偏转件产生的偏转电场或磁场中沿横轴方向偏转；以及，

基于所述第二偏转电能值生成第二控制指令，通过所述第二控制指令控制所述偏转控制电源向所述纵轴偏转件发送电能值为所述第二偏转电能值的电能，以使所述出料针喷出的打印材料射流在纵轴偏转件产生的偏转电场或磁场中沿纵轴方向偏转。

5.一种3D打印设备，其特征在于，所述3D打印设备包括终端、高压电源，以及与所述终端电连接的偏转控制电源、3D打印机的运动装置，所述3D打印机还包括底座，原料挤出组件、偏转组件和接收组件，其中，所述运动装置的竖直运动组件和水平运动组件均安装在所述底座上，所述原料挤出组件安装在所述竖直运动组件上，所述接收组件安装在所述水平运动组件上，所述偏转组件与所述偏转控制电源电连接，且，安装在所述原料挤出组件上，所述原料挤出组件或所述接收组件与所述高压电源电连接；

其中，所述终端用于执行如权利要求1-4任一项所述的3D打印的方法，以实现3D打印。

6.根据权利要求5所述的3D打印设备，其特征在于，所述原料挤出组件包含料筒、出料针和料筒温控组件；所述料筒温控组件与所述料筒连接，其中，所述料筒温控组件包括加热器、散热器和温度传感器，所述加热器安装在所述散热器下方，所述温度传感器安装在所述加热器内，所述出料针与所述料筒的料腔连接；

所述料筒用于盛放打印所需的打印材料；

所述料筒温控组件，用于通过温度传感器监测所述打印材料的温度，并利用所述加热器或散热器调节所述打印材料的温度；

所述出料针，用于将所述打印材料向所述接收组件进行射流。

7.根据权利要求5所述的3D打印设备，其特征在于，所述偏转组件包含横轴偏转件、纵轴偏转件、偏转固定架，其中，所述横轴偏转件和所述纵轴偏转件互相垂直安装在所述偏转固定架上，所述横轴偏转件和所述纵轴偏转件为偏转电极或偏转线圈；

所述横轴偏转件，用于接收所述偏转控制电源发送的第一偏转电能值，以产生横轴的偏转电场或磁场；

所述纵轴偏转件，用于接收所述偏转控制电源发送的第二偏转电能值，以产生纵轴的偏转电场或磁场。

8.根据权利要求6所述的3D打印设备，其特征在于，所述接收组件包括接收板、导电板、绝缘壳、高压线、隔离板、平台控温模块；其中，由所述接收板和所述绝缘壳构成封闭空间，在所述封闭空间中从上到下依次设置所述接收板、所述导电板、所述隔离板和所述平台控温模块；

其中，所述接收板为绝缘材质，用于隔离出所述原料挤出组件的出料针与所述导电板，以防止所述出料针与所述导电板之间产生拉弧放电；

所述导电板为导电材质，所述高压线为耐高压的导电线，所述导电板通过所述高压线与所述高压电源电连接，用于在所述出料针之间形成高压电场；

所述隔离板为绝缘材质，用于隔离所述导电板与所述平台控温模块；

所述平台控温模块，用于对所述接收板进行温度调节。

9.根据权利要求5所述的3D打印设备，其特征在于，所述3D打印设备还包括真空环境控制模块，所述真空环境控制模块包括真空腔体、真空泵、导气管和气压计；其中，所述3D打印机放置在所述真空腔体中，所述气压计和所述真空泵通过所述导气管与所述真空腔体相连；

所述真空泵，用于通过所述导气管抽取所述真空腔体内的空气，为所述3D打印机提供真空环境；

所述气压计，用于监测所述真空腔体的气压。

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