CN113334757B - 三维物体成型方法及装置、存储介质、计算机设备 - Google Patents

Abstract

本申请提供三维物体成型方法及装置、存储介质、计算机设备，其中，所述方法包括提供粉末材料形成粉末材料层；根据层打印数据将液体材料施加至所述粉末材料层上，得到三维物体的成型层；其中，所述液体材料的温度高于至少部分粉末材料的熔点，使得所述粉末材料层中的至少部分粉末材料在所述液体材料的热作用下熔融成型。本申请实施例提供的三维物体成型方法及装置、存储介质、计算机设备，可以提高打印效率，简化后处理工序，且能够降低三维物体成型过程中的能耗。

Description

三维物体成型方法及装置、存储介质、计算机设备

技术领域

本申请涉及三维物体成型技术领域，尤其涉及三维物体成型方法及装置、存储介质、计算机设备。

背景技术

三维物体成型技术其主要过程是获取三维物体的数字模型，并对所述数字模型进行切片分层以及对每个切片层进行数据处理和转换从而得到每个切片层的打印数据，打印装置根据切片层打印数据进行逐层打印并叠加制造出三维物体。

现有3D打印技术中的无模成型技术(ARBURG Plastic Freeforming，APF)：主要将塑料颗粒高温熔化为微小液体，再将塑料液体逐层涂覆形成成品，该技术和喷墨技术相近，可以适用于传统注塑适用的颗粒材料，但APF技术需要支撑材料，后处理复杂，且打印效率不高。

发明内容

本申请实施例提供三维物体成型方法及装置、存储介质、计算机设备，可以提高打印效率，简化后处理工序，且能够降低三维物体成型过程中的能耗。

第一方面，本申请实施例提供一种三维物体成型方法，所述方法包括：

提供粉末材料形成粉末材料层；

根据层打印数据将液体材料施加至所述粉末材料层上，得到三维物体的成型层；其中，所述液体材料的温度高于至少部分粉末材料的熔点，使得所述粉末材料层中的至少部分粉末材料在所述液体材料的热作用下熔融成型。

结合第一方面，在一种可行的实施方式中，所述粉末材料包括第一聚合物，所述第一聚合物选自聚苯乙烯、聚丙烯酸酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、热塑性聚氨酯、聚苯醚、聚碳酸酯、聚砜、聚酰亚胺、聚酰胺、聚丙烯、聚苯硫醚、聚醚醚酮、聚乳酸中的至少一种。

结合第一方面，在一种可行的实施方式中，所述粉末材料的粒径为10μm～300μm。

结合第一方面，在一种可行的实施方式中，所述粉末材料层的厚度为10μm～500μm。

结合第一方面，在一种可行的实施方式中，所述粉末材料满足以下特征中的至少一种：

a.所述粉末材料还包括填料，所述填料在所述粉末材料中的质量占比为0％～25％；

b.所述粉末材料还包括流动助剂，所述流动助剂在所述粉末材料中的质量占比为0％～5％。

结合第一方面，在一种可行的实施方式中，所述液体材料的温度高于所述第一聚合物的熔点。

结合第一方面，在一种可行的实施方式中，所述液体材料的温度与所述第一聚合物的熔点的温差为20℃～200℃。

结合第一方面，在一种可行的实施方式中，所述液体材料包括第二聚合物，所述第二聚合物选自聚苯乙烯、聚丙烯酸酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、热塑性聚氨酯、聚苯醚、聚碳酸酯、聚砜、聚酰亚胺、聚酰胺、聚丙烯、聚苯硫醚、聚醚醚酮、聚乳酸中至少一种。

结合第一方面，在一种可行的实施方式中，所述液体材料的温度高于所述第二聚合物的熔点。

结合第一方面，在一种可行的实施方式中，所述第一聚合物的熔点与所述第二聚合物的熔点的温差为0℃～100℃。

结合第一方面，在一种可行的实施方式中，所述第一聚合物和所述第二聚合物为不同种材料。

结合第一方面，在一种可行的实施方式中，在所述提供粉末材料形成粉末材料层之后，所述方法还包括：

预热所述粉末材料层至第一温度，所述第一温度低于所述第一聚合物的熔点10℃～50℃。

结合第一方面，在一种可行的实施方式中，所述液体材料还包括助剂，所述助剂在所述液体材料中的质量占比为0％～8％，所述助剂选自稳定剂、增塑剂、阻燃剂、抗静电剂、着色剂、润滑剂、增强材料、分散剂中至少一种。

结合第一方面，在一种可行的实施方式中，所述根据层打印数据将液体材料施加至所述粉末材料层上，得到三维物体的成型层，包括：

根据层打印数据将液体材料施加至所述粉末材料层上形成层图案化区域，冷却所述粉末材料层，得到三维物体的成型层。

结合第一方面，在一种可行的实施方式中，冷却所述粉末材料层至第二温度，所述第二温度低于所述第一聚合物的熔点10℃～50℃。

结合第一方面，在一种可行的实施方式中，在所述根据层打印数据将液体材料施加至所述粉末材料层上，得到三维物体的成型层之后，所述方法还包括：

重复形成粉末材料层和施加液体材料，获得的多个成型层逐层叠加以形成三维物体。

第二方面，本申请提供一种三维物体成型装置，用于实施上述第一方面所述三维物体成型方法，包括：

供粉部件，用于提供粉末材料以形成粉末材料层；

成型平台，用于承载所述粉末材料层；

材料分配器，用于根据层打印数据将液体材料施加至所述粉末材料层上，所述粉末材料层中的至少部分粉末材料在所述液体材料的热作用下熔融，得到三维物体的成型层；

加热装置，用于加热所述液体材料，使得所述液体材料的温度高于至少部分所述粉末材料的熔点。

结合第二方面，在一种可行的实施方式中，所述三维物体成型装置满足以下特征中的至少一种：

a.所述三维物体成型装置还包括升降机构，所述升降机构与所述成型平台连接，驱动所述成型平台沿竖直方向上升或下降；

b.所述三维物体成型装置还包括预热装置，所述预热装置用于预热所述粉末材料层至第一温度；

c.所述三维物体成型装置还包括温度监控器，所述温度监控器用于监测所述粉末材料层的温度；

d.所述三维物体成型装置还包括冷却装置，所述冷却装置用于冷却所述粉末材料层至第二温度。

结合第二方面，在一种可行的实施方式中，所述三维物体成型装置还包括控制器，所述控制器用于控制所述供粉部件、所述材料分配器、所述加热装置、所述升降机构、所述预热装置、所述冷却装置、所述温度监控器中至少其一的工作。

第三方面，本申请实施例提供一种非暂时性计算机可读存储介质，所述存储介质包括存储的程序，在所述程序运行时控制所述存储介质所在设备执行上述的三维物体成型方法。

第四方面，本申请实施例提供一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述的三维物体成型方法。

本申请的技术方案至少具有以下有益的效果：

本申请实施例提供的三维物体成型方法及装置、存储介质、计算机设备，在粉末材料层施加具有高于至少部分粉末材料熔点的温度的液体材料，使至少部分粉末材料在液体材料的温度作用下熔融成型。相较于现阶段喷射熔融液体成型，本申请的三维物体成型方法通过增加粉末材料，可以减少支撑材料的使用，使得三维物体成型后的后处理更加简单；相较于现阶段粉末逐点熔融成型，本申请的三维物体成型方法通过喷射高温液体，使打印效率大幅提高；且该成型原理是简单物理变化，不涉及化学变化，工艺控制简单，成型稳定性好。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本申请。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请具体实施例提供的三维物体成型方法的流程示意图；

图2为本申请又一实施例中三维物体成型方法的流程示意图；

图3为本申请具体实施例提供的三维物体成型装置的结构示意图；

图4a-4e为本申请具体实施例提供的三维物体成型过程的结构示意图；

图5为本申请实施例中提供的存储介质的结构示意图；

图6为本申请实施例中提供的计算机设备的结构示意图。

具体实施方式

为了更好的理解本申请的技术方案，下面结合附图对本申请实施例进行详细描述。

应当明确，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其它含义。

应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

图1为本实施例提供的三维物体成型方法的流程图，请参阅图1，本实施例提供一种三维物体成型方法，包括以下步骤：

步骤S10，提供粉末材料形成粉末材料层；

步骤S20，根据层打印数据将液体材料施加至所述粉末材料层上，得到三维物体的成型层；其中，所述液体材料的温度高于至少部分粉末材料的熔点，使得所述粉末材料层中的至少部分粉末材料在所述液体材料的热作用下熔融成型。

在本方案中，在无模成型技术的基础上，利用液体材料使至少部分粉末材料在液体材料的温度作用下熔融成型。相较于现阶段喷射熔融液体成型，本申请的三维物体成型方法通过增加粉末材料，可以减少支撑材料的使用，使得三维物体成型后的后处理更加简单；相较于现阶段粉末逐点熔融成型，本申请的三维物体成型方法通过喷射高温液体，使打印效率大幅提高；且该成型原理是简单物理变化，不涉及化学变化，工艺控制简单，成型稳定性好。

需要说明的是，熔融是指物质在温度升高时，分子的热运动的动能增大，导致结晶破坏，物质由晶相变为液相的过程。在本申请中，物质发生熔融的温度定义为熔点，在固体的物质达到一定温度后熔化，成为液态，即为熔融状态。

具体地，粉末材料是呈粉末状的材料颗粒。本实施例中粉末材料与液体材料不发生化学反应，仅是简单的物理变化。可选地，粉末材料包括第一聚合物，所述第一聚合物选自聚苯乙烯、聚丙烯酸酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、热塑性聚氨酯、聚苯醚、聚碳酸酯、聚砜、聚酰亚胺、聚酰胺、聚丙烯、聚苯硫醚、聚醚醚酮、聚乳酸中的至少一种。

可选地，粉末材料的颗粒形状没有特殊限制，根据制造粉末材料工艺的差异，本实施例中粉末材料可以是球状、树枝状、片状、盘状、针状和棒状等形状。

进一步地，粉末材料的平均粒径为1μm～300μm，例如可以是1μm、5μm、10μm、30μm、50μm、100μm、150μm、200μm、250μm或300μm等，当然也可以是上述范围内的其他值。粉末材料的粒径过小，液体材料很难在较短时间内渗透到当前的粉末材料层的底部，不利于液体材料与粉末材料接触而熔融。粉末材料的粒径过大，粉末颗粒之间的间隙太大，会影响三维物体的成型精度。粉末材料的平均粒径优选为30μm～200μm。粉末材料中的颗粒间隙大概为5nm～100μm，例如可以是5nm、10nm、100nm、250nm、500nm、1μm、5μm、10μm、25μm、50μm、75μm或100μm，在此不做限定。本实施例中的粉末材料的颗粒间隙在5nm～100μm范围内，当对粉末材料层选择性施加液体材料时，液体材料能通过间隙快速渗透到粉末材料层内部和保留部分在表层，从而润湿选定区域内的粉末材料的表面，并使粉末材料快速熔融。

可选地，粉末材料层的厚度为10μm～500μm，例如可以是10μm、25μm、50μm、75μm、100μm、125μm、150μm、200μm、300μm、400μm或500μm。粉末材料层的厚度优选为50μm～150μm。可以理解地，当粉末材料层的厚度较薄时，能够形成分辨率较高的物体，但是制造物体所花费的时间大大加长，制造成本增高；当粉末材料层的厚度较厚时，液体材料浸润粉末材料的时间加长，并且制造形成的物体分辨率下降，难以达到预期。

本申请中，粉末材料还可以包括填料，填料用于提高三维物体的机械强度，填料具体可以是石墨烯、碳纳米管、玻璃纤维、高岭土中的至少一种，在本实施例中不做限制。填料在粉末材料中的质量占比为0％～25％，具体可以是0％、1％、3％、5％、8％、10％、13％、15％、18％、20％或25％等，当然也可以是上述范围内的其他值，在此不做限定。当填料的质量占比越高，成型的三维物体的刚性、拉伸强度越强，但韧性降低；当填料的质量占比过高，成型的三维物体的容易变脆，易破坏。可以理解地，通过在粉末材料中添加适量的填料，可以保障三维物体的韧性，提高三维物体的机械强度。

本申请中，粉末材料还可以包括流动助剂，流动助剂用来改善粉末材料的流动性，流动助剂具体可以是二氧化硅、滑石粉等，在本实施例中不做限制。流动助剂在粉末材料中的质量占比为0％～5％，具体可以是0％、1％、1.5％、2％、2.5％、3％、3.5％、4％、4.5％或5％等，当然也可以是上述范围内的其他值，在此不做限定。可以理解地，适量的流动助剂可以有利于提高粉末材料的流动性，但是当流动助剂的质量占比过高，会改变粉末材料原本的性能特征。

进一步地，液体材料包括第二聚合物，所述第二聚合物选自聚苯乙烯、聚丙烯酸酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、热塑性聚氨酯、聚苯醚、聚碳酸酯、聚砜、聚酰亚胺、聚酰胺、聚丙烯、聚苯硫醚、聚醚醚酮、聚乳酸中的至少一种。

进一步地，在步骤S10，提供粉末材料以形成粉末材料层之后，所述方法还包括：

预热所述粉末材料层至第一温度，所述第一温度低于所述粉末材料的熔点10℃-50℃。

可以理解地，将粉末材料层加热至第一温度，可以提前预热粉末材料，预先提供部分热量给粉末材料，使得施加在粉末材料层上的液体材料不需要损耗过多的热量来加热粉末材料，液体材料提供热量能够快速将预热后的粉末材料加热至熔融状态，有利于利用液体材料的热量使得粉末材料充分熔融。示例性地，粉末材料的熔点为210℃，可以在施加液体材料之前，将粉末材料层加热至160℃～200℃，使得粉末材料层预先积聚大量热量，再将液体材料施加至粉末材料层上，液体材料的热量继续加热粉末材料使其达到熔点，使得粉末材料转变为熔融状态。

进一步地，在步骤S20，根据层打印数据将液体材料施加至所述粉末材料层上之前，所述方法还包括：

加热所述液体材料，使得所述液体材料的温度高于粉末材料的熔点。

在本实施例中，液体材料的温度被加热至高于粉末材料的熔点，使得液体材料的热量将粉末材料转变为熔融状态。进一步地，所述液体材料的温度高于所述第一聚合物的熔点。具体地，所述液体材料的温度高于第一聚合物的熔点20℃～200℃。液体材料的温度不宜过低，否则液体材料很难在较短时间内传递足够的热量至粉末材料，不利于粉末材料转变为熔融状态。液体材料的温度也不宜过高，能够确保有足够的热量使至少部分的粉末材料熔融即可，具体可以是使得粉末材料中的第一聚合物熔融即可。否则需要消耗较大的热能使液体材料加热至高温，会导致三维物体成型过程中能耗及制造成本都较高。

液体材料的温度被加热至高于第二聚合物的熔点，使得第二聚合物能够完全熔融呈液体状态后喷射至粉末材料层上，从而有利于液体材料快速渗透至粉末材料层内。

进一步地，第一聚合物的熔点与第二聚合物的熔点相差0℃～100℃，在实际情况中，可基于第一聚合物和第二聚合物的选择确定两者之间熔点的差别。

在一些实施方式中，所述第一聚合物和所述第二聚合物可以为同种材料，示例性地，液体材料为液态的聚苯乙烯，第一聚合物为聚苯乙烯粉末。则第一聚合物的熔点与第二聚合物的熔点相同，所构建的三维物体为单一材料，可以保证目标物体成型均匀性。

在其他实施方式中，所述第一聚合物和所述第二聚合物也可以为不同种材料，示例性地，液体材料为液态的聚苯乙烯(熔点为212℃)，第一聚合物为聚丙烯粉末(熔点为189℃)。即粉末材料的熔点与第二聚合物的熔点可以相同或不相同，两者之间熔点相差0℃～100℃，所构建的三维物体为复合材料，使打印的目标物体具有更优异的性能，且可实现第一聚合物与第二聚合物任意比例的复配，还可实现动态调节复配比例，实现目标物体不同区域的不同性能。

进一步地，液体材料还包括助剂，所述助剂在所述液体材料中的质量占比为0％～8％，具体可以是0％、1％、1.5％、2％、2.5％、3％、3.5％、4％、4.5％、5％、6％、7％或8％等，当然也可以是上述范围内的其他值，在此不做限定。具体地，所述助剂选自稳定剂、增塑剂、阻燃剂、抗静电剂、着色剂、润滑剂、增强材料、分散剂中至少一种。

需要说明的是，所述稳定剂的作用是延缓或抑制第二聚合物和/或第一聚合物降解、老化，延长使用寿命。例如可以是塑料光稳定剂、抗氧化剂和热稳定剂。塑料光稳定性例如可以是(3，5二叔丁基—2—羟基苯基)-5-氯苯并三唑、双(1，2，2，6，6-五甲基-4-哌啶基，癸二酸酯)等。抗氧化剂例如可以是2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚、β-四[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯(抗氧化剂1010)、β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯、1,1,3-三(2-甲基-4-羟基-5-叔丁苯基)丁烷、4-[(4,6-二辛硫基-1,3,5-三嗪-2-基)氨基]-2,6-二叔丁基苯酚、硫代二丙酸双月桂酯、三(壬基苯基)亚磷酸酯、亚磷酸三苯酯、2-巯基苯并咪唑、三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯(抗氧化剂168)等。热稳定剂可以是月桂酸钙皂、月桂酸锌皂、亚磷酸酯、脂肪酸钙皂、脂肪酸锌皂等。

增塑剂的作用主要是改善三维物体成品的韧性，例如可以是邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸丁苄酯、邻苯二甲酸二异壬酯、邻苯二甲酸二异癸酯、己二酸二乙酯、己二酸二丁酯、己二酸二异丁酯、己二酸二(2-丁氧基乙基)酯、己二酸二(2-乙基己基)酯、柠檬酸三乙酯、乙酰柠檬酸三乙酯、柠檬酸三丁酯、乙酰柠檬酸三丁酯。

阻燃剂的作用是使易燃烧的材料变得难以燃烧或是不能燃烧，例如可以是氢氧化铝、氢氧化镁、氧化锑、硼酸锌、卤代烃、有机溴化物、有机氯化物、磷酸酯、卤代磷酸酯、氮系阻燃剂等。

抗静电剂的作用是减少材料的静电积累，例如可以是硬脂酸三甲基氯化铵、硬脂酸二甲基戊基氯化铵、烷基叔胺硝酸盐、三羟乙基甲基季铵硫酸甲酯盐、N，N-十六烷基乙基吗啉硫酸乙酯盐，烷基磺酸、磷酸或二硫代氨基甲酸的碱金属盐，乙氧基月桂酸胺、磷酸二月桂酯、甘油单硬脂酸酯。

润滑剂的作用是改善材料熔融后的流动性，例如可以是硬脂酸、硬脂酸丁酯、油酰胺、乙撑双硬脂酰胺、聚乙烯蜡、低分子量聚丙烯、天然石蜡，液体石蜡，微晶石蜡。

增强材料的作用是提升材料机械性能，例如可以是碳酸钙、陶土、滑石、硅藻土、二氧化硅、云母粉、石棉、金属、金属氧化物、玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、陶瓷纤维、芳酰胺纤维、不锈刚纤维、晶须及有机纤维。

分散剂的作用主要是提高和改善着色剂的分散稳定性。例如可以是具体选择哪种分散剂不受限制，目前市售的产品较多，可以是BYK102、BYK108、BYK110、BYK180、BYK9133、BYK9076、BYK9131，迪高Dispers 655、Dispers675、Dispers 688、Dispers750、Dispers 670等。

更进一步地，液体材料还包括着色剂，着色剂可以用于实现打印彩色三维物体。着色剂可以是染料或颜料。颜料具体可以选自C.I.Pigment White 6、C.I.Pigment Red 3、C.I.Pigment Red5、C.I.Pigment Red 7、C.I.Pigment Red 9、C.I.Pigment Red 12、C.I.Pigment Red 13、C.I.PigmentRed 21、C.I.Pigment Red31、C.I.Pigment Red49:1、C.I.Pigment Red 58:1、C.I.Pigment Red 175；C.I.Pigment Yellow 63、C.I.PigmentYellow 3、C.I.Pigment Yellow 12、C.I.Pigment Yellow 16、C.I.Pigment Yellow 83；C.I.Pigment Blue 1、C.I.Pigment Blue 10、C.I.Pigment Blue B、Phthalocyanine BlueBX、Phthalocyanine Blue BS、C.I.Pigment Blue61:1等中的一种或多种。

染料具体可以选自C.I.酸性红37、C.I.酸性红89(弱酸性红3B、2BS)、C.I.酸性红145(弱酸性大红GL)、C.I.酸性橙67(弱酸性黄RXL)、C.I.酸性橙116(酸性橙AGT)、C.I.酸性橙156(弱酸性橙3G)、C.I.酸性黄42(弱酸性黄Rs、酸性黄R)、C.I.酸性黄49(酸性黄GR200)、C.I.酸性蓝277、C.I.酸性蓝344、C.I.酸性蓝350、C.I.酸性蓝9(艳蓝FCF)、C.I.绿17、C.I.酸绿28、C.I.酸性绿41、C.I.酸性绿81、C.I.酸性紫17(酸性紫4BNS)、C.I.酸性紫54(弱酸性艳红10B)、C.I.酸性紫48、C.I.酸性棕75、C.I.酸性棕98、C.I.酸性棕165、C.I.酸性棕348、C.I.酸性棕349、C.I.酸性黑26、C.I.酸性黑63、C.I.酸性黑172、C.I.酸性黑194、C.I.酸性黑210、C.I.酸性黑234、C.I.酸性黑235、C.I.酸性黑242等。

进一步地，在步骤S10之前，所述方法还包括：

获取三维物体的数字模型，将所述三维物体的数字模型进行切片分层，得到多个切片层及层图像数据，并根据所述层图像数据生成层打印数据。

即本申请提供的三维物体成型方法，在图1所示的基础上，还包括上述三个步骤，具体地，首先获取三维物体的数字模型，并根据本领域常规技术手段进行切片分层，得到层打印数据；提供粉末材料以形成粉末材料层然后对粉末材料层加热至第一温度，随后在粉末材料层上喷射液体材料形成层图案化区域，随后冷却粉末材料层至第二温度，使层图案化区域成型，得到三维物体。

图2为本申请又一实施例提供的三维物体成型方法的流程示意图，图3为本申请具体实施例提供的三维物体成型装置的结构示意图；如图2及图3所示，对本申请提供的三维物体成型方法所包括的步骤进行详细介绍：

步骤S01，获取三维物体的数字模型，将三维物体的数字模型进行切片分层，得到多个切片层及层图像数据，并根据层图像数据生成层打印数据；

在具体实现方式中，可以通过扫描方式获取三维物体的原始数据并进行三维建模得到三维物体的数字模型，或者，通过设计构建三维物体模型从而得到三维物体的数字模型，对数字模型进行数据格式转换，例如转换成STL格式、PLY格式、WRL格式等能被切片软件识别的格式，再使用切片软件对模型进行切片分层得到切片层图像数据，并对层图像数据进行处理，得到表示物体的层打印数据。层打印数据包括表示物体形状的信息，和/或表示物体颜色的信息。

步骤S10，提供粉末材料形成粉末材料层；

图4a为本申请一实施例提供的三维物体成型过程的示意图，如图4a所示，在具体实施例中，可以使用供粉部件2提供粉末材料1至成型平台3上形成粉末材料层L0。

步骤S11，预热粉末材料层L0至第一温度。

图4b为本申请一实施例提供的三维物体成型过程的示意图，如图4b所示，在具体实施例中，在形成粉末材料层L0后，预热装置8对粉末材料层L0进行加热，以提高粉末材料1的温度，可提供部分热量，加上高温液体材料自带的热量，以确保有足够的热量使打印区域中的粉末材料熔融后冷却成型，提高成型速率。第一温度与所用的粉末材料1的属性有关，具体地，第一温度低于粉末材料1中的第一聚合物的熔点10℃～50℃。可以理解地，本实施例中通过控制第一温度低于第一聚合物的熔点10-50℃，在提供部分热量至第一聚合物的同时可以防止非层图案化区域中第一聚合物的熔融。

步骤S21，根据层打印数据将液体材料施加至粉末材料层上，形成层图案化区域，其中，液体材料的温度高于至少部分粉末材料的熔点，使得所述粉末材料层中的至少部分粉末材料在所述液体材料的热作用下熔融成型；

图4c为本申请一实施例提供的三维物体成型过程的示意图，如图4c所示，在具体实施例中，加热装置5对储存容器6进行加热，材料分配器9可以根据层打印数据在粉末材料层L0上喷射高温的液体材料14形成层图案化区域31，未施加液体材料14的区域为非层图案化区域32；高温的液体材料的温度高于粉末材料中的第一聚合物的熔点，并使第一聚合物在液体材料的温度作用下熔融。液体材料的温度不宜过小，否则液体材料很难在较短时间内传递足够的热量至粉末材料，不利于第一聚合物熔融；液体材料的温度也不宜过大，能够确保有足够的热量使至少部分的粉末材料熔融即可，否则需要消耗较大的热能使液体材料加热至高温，导致三维物体成型过程中能耗及制造成本都较高。

具体地，液体材料的温度高于第一聚合物的熔点20℃～200℃。当高温的液体材料喷射至粉末材料层表面时，液体材料与第一聚合物接触，液体材料的热量被第一聚合物吸收而使得第一聚合物达到熔点转变为熔融状态，最后冷却成型，实现了利用简单物理变化成型。未施加液体材料的非层图案化区域中的第一聚合物不会转变为熔融状态，在整个三维物体成型后，未成型的粉末材料不需要特殊处理，即可与成型的三维物体脱离，不需要额外的后处理，可以提高三维物体的打印效率。

步骤S22，冷却粉末材料层至第二温度，得到三维物体的成型层；

图4d为本申请一实施例提供的三维物体成型过程的示意图，如图4d所示，使用冷却装置10或自然冷却使施加有液体材料14的粉末材料层L0中所形成的层图案区域31冷却至第二温度，第二温度低于第一聚合物熔点10-50℃，使得第一聚合物从熔融状态转变为固态成型。

步骤S30，确认当前成型层是否为最后一层，如否，重复执行上述形成粉末材料层至形成成型层的步骤，使获得的多个成型层逐层叠加以形成三维物体。

图4e为本申请一实施例提供的三维物体成型过程的示意图，如图4e所示，在三维物体成型过程中，每形成一个三维物体的成型层之后，成型平台3在升降机构4的驱动下下降至少一个层厚的距离，供粉部件2提供一个新的粉末材料层L0在先前形成的层之上，材料分配器9根据层打印数据施加液体材料14在粉末材料层L0上形成新的层图案化区域31，以形成三维物体的新的成型层；重复执行此过程，获得多个逐层叠加的成型层以形成三维物体W。

综上，本申请提供的三维物体成型方法，在粉末材料层施加具有高于第一聚合物熔点的温度的液体材料，使第一聚合物在液体材料的热作用下熔融并冷却成型，打印效率大幅提高，并减少支撑材料的使用，使得三维物体成型后的后处理更加简单；且该成型原理是简单物理变化，不涉及化学反应，工艺控制简单，成型稳定性好。

图3为本申请具体实施例提供的三维物体成型装置的结构示意图，如图3所示，本申请实施例还提供一种三维物体成型装置，用于实施上述三维物体成型方法，装置包括：

供粉部件2，用于提供粉末材料1以形成粉末材料层L0；

成型平台3，用于承载所述粉末材料层L0；

材料分配器9，用于根据层打印数据在所述粉末材料层L0上施加液体材料，所述粉末材料层L0中的至少部分粉末材料1在所述液体材料的热作用下熔融，得到三维物体的成型层；

加热装置5，用于加热所述液体材料，使得所述液体材料的温度高于至少部分所述粉末材料1的熔点。

本实施例中，供粉部件2包括储粉腔23、升降器22和铺粉器21，储粉腔23用于存储粉末材料1，储粉腔23内部具有可移动的支撑板231，升降器22与支撑板231连接，可带动支撑板231在Z方向上升或下降；铺粉器21用于将储粉腔23中的粉末材料1铺展到成型平台3上以形成粉末材料层L0，常用的铺粉器21可以是铺粉棍或刮板。

材料分配器9是喷墨打印头，喷墨打印头可以是单通过打印头或多通道打印头，本实施例中打印头的数量根据所使用的液体材料的种类以及需要施加的液体材料的量有关，例如，液体材料包括不同颜色的功能材料时，不同颜色的液体材料通过不同的打印头或同一打印头的不同通道喷射。例如，当需要施加的液体材料的量较大单个墨滴的体积不足以满足需求时，为了提高打印效率，可以同时使用多个打印头或多个通道喷射相同种类的材料。

如上述装置，所述三维物体成型装置还可以包括储存容器6，该储存容器6用于储存液体材料并且能够将储存在其中的液体材料通过墨管7输送至材料分配器9中，而加热装置5可以对储存容器6和/或墨管7和/或材料分配器9进行加热以实现对液体材料的间接加热，还可以是直接对储存容器6和/或墨管7和/或材料分配器9中的液体材料直接加热。加热装置5可选自金属加热片、加热丝、加热弹簧、加热片、加热板中的一种或多种。

可选地，所述三维物体成型装置还包括升降机构4，所述升降机构4与所述成型平台3连接，驱动所述成型平台3沿竖直方向上升或下降。

可选地，所述三维物体成型装置还包括预热装置8，所述预热装置8用于加热所述粉末材料层L0至第一温度。预热装置8可选自紫外灯、红外灯、微波发射器、加热丝、加热片、加热板中的一种或多种。

可选地，所述三维物体成型装置还包括冷却装置10，用于冷却所述粉末材料层L0至第二温度。冷却装置可以是风扇、抽吸机构等。

可选地，所述三维物体成型装置还可以包括温度监控器11，所述温度监控器11用于监测所述粉末材料层L0的温度。

在本实施例中，预热装置8、材料分配器9、冷却装置10和温度监控器11可以按顺序安装在导轨13上，并能在导轨13上移动。

可选地，所述三维物体成型装置还可以包括控制器12，用于控制所述供粉部件2、所述加热装置5、所述预热装置8、所述材料分配器9、所述冷却装置10、所述温度监控器11中至少其一的工作。例如，温度监控器11将监测的温度反馈给控制器12，控制器12根据温度监控器反馈的信息控制预热装置8和/或冷却装置10提供温度的大小。

本申请实施例还提供一种非暂时性计算机可读存储介质，如图5所示，所述存储介质91包括存储的程序911，在所述程序运行时控制所述存储介质91所在设备执行上述的三维物体成型方法。

本申请实施例还提供一种计算机设备，如图6所示，该实施例的计算机设备100包括：处理器101、存储器102以及存储在存储器102中并可在处理器101上运行的计算机程序103，处理器101执行计算机程序103时实现实施例中的三维物体成型方法，为避免重复，此处不一一赘述。

计算机设备100可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。计算机设备可包括，但不仅限于，处理器101、存储器102。本领域技术人员可以理解，图6仅仅是计算机设备100的示例，并不构成对计算机设备100的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如计算机设备还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。

所称处理器101可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

存储器102可以是计算机设备100的内部存储单元，例如计算机设备100的硬盘或内存。存储器102也可以是计算机设备100的外部存储设备，例如计算机设备100上配备的插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card,SMC)，安全数字(Secure Digital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。进一步地，存储器102还可以既包括计算机设备100的内部存储单元也包括外部存储设备。存储器102用于存储计算机程序以及计算机设备所需的其他程序和数据。存储器102还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。

以上仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请保护的范围之内。

Claims (20)

1.一种三维物体成型方法，其特征在于，所述方法包括：

提供粉末材料形成粉末材料层；

根据层打印数据将液体材料施加至所述粉末材料层上，得到三维物体的成型层；其中，所述液体材料的温度高于至少部分粉末材料的熔点，使得所述粉末材料层中的至少部分粉末材料在所述液体材料的热作用下熔融成型；所述粉末材料包括第一聚合物，所述液体材料的温度高于所述第一聚合物的熔点。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一聚合物选自聚苯乙烯、聚丙烯酸酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、热塑性聚氨酯、聚苯醚、聚碳酸酯、聚砜、聚酰亚胺、聚酰胺、聚丙烯、聚苯硫醚、聚醚醚酮、聚乳酸中的至少一种。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述粉末材料的粒径为10μm～300μm。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述粉末材料层的厚度为10μm～500μm。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述粉末材料满足以下特征中的至少一种：

a.所述粉末材料还包括填料，所述填料在所述粉末材料中的质量占比为0％～25％；

b.所述粉末材料还包括流动助剂，所述流动助剂在所述粉末材料中的质量占比为0％～5％。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述液体材料的温度与所述第一聚合物的熔点的温差为20℃～200℃。

7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述液体材料包括第二聚合物，所述第二聚合物选自聚苯乙烯、聚丙烯酸酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、热塑性聚氨酯、聚苯醚、聚碳酸酯、聚砜、聚酰亚胺、聚酰胺、聚丙烯、聚苯硫醚、聚醚醚酮、聚乳酸中的至少一种。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述液体材料的温度高于所述第二聚合物的熔点。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述第一聚合物的熔点与所述第二聚合物的熔点的温差为0℃～100℃。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述第一聚合物和所述第二聚合物为不同种材料。

11.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述提供粉末材料形成粉末材料层之后，所述方法还包括：

预热所述粉末材料层至第一温度，所述第一温度低于所述第一聚合物的熔点10℃～50℃。

12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述液体材料还包括助剂，所述助剂在所述液体材料中的质量占比为0％～8％，所述助剂选自稳定剂、增塑剂、阻燃剂、抗静电剂、着色剂、润滑剂、增强材料、分散剂中至少一种。

13.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据层打印数据将液体材料施加至所述粉末材料层上，得到三维物体的成型层，包括：

根据层打印数据将液体材料施加至所述粉末材料层上形成层图案化区域，冷却所述粉末材料层，得到三维物体的成型层。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，冷却所述粉末材料层至第二温度，所述第二温度低于所述第一聚合物的熔点10℃～50℃。

15.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述根据层打印数据将液体材料施加至所述粉末材料层上，得到三维物体的成型层之后，所述方法还包括：

重复形成粉末材料层和施加液体材料，获得的多个成型层逐层叠加以形成三维物体。

16.一种三维物体成型装置，用于实施上述权利要求1～15任一项所述三维物体成型方法，其特征在于，包括：

供粉部件，用于提供粉末材料以形成粉末材料层，所述粉末材料包括第一聚合物；

成型平台，用于承载所述粉末材料层；

材料分配器，用于根据层打印数据将液体材料施加至所述粉末材料层上，所述粉末材料层中的至少部分粉末材料在所述液体材料的热作用下熔融，得到三维物体的成型层；

加热装置，用于加热所述液体材料，使得所述液体材料的温度高于至少部分所述粉末材料的熔点，其中，所述液体材料的温度高于所述第一聚合物的熔点。

17.根据权利要求16所述的装置，其特征在于，所述三维物体成型装置满足以下特征中的至少一种：

a.所述三维物体成型装置还包括升降机构，所述升降机构与所述成型平台连接，驱动所述成型平台沿竖直方向上升或下降；

b.所述三维物体成型装置还包括预热装置，所述预热装置用于预热所述粉末材料层至第一温度；

c.所述三维物体成型装置还包括温度监控器，所述温度监控器用于监测所述粉末材料层的温度；

d.所述三维物体成型装置还包括冷却装置，所述冷却装置用于冷却所述粉末材料层至第二温度。

18.根据权利要求17所述的装置，其特征在于，所述三维物体成型装置还包括控制器，所述控制器用于控制所述供粉部件、所述材料分配器、所述加热装置、所述升降机构、所述预热装置、所述冷却装置、所述温度监控器中至少其一的工作。

19.一种非暂时性计算机可读存储介质，其特征在于，所述存储介质包括存储的程序，在所述程序运行时控制所述存储介质所在设备执行权利要求1～15任意一项所述的三维物体成型方法。

20.一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1～15任意一项所述的三维物体成型方法。

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