CN114981068A - 基于挤压的增材制造的方法、3d打印系统和3d打印物 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于减少3D物体(1)的附加打印时间的方法，该附加打印时间与3D物体的外壁(2)的打印相关，所述外壁具有光滑度增强的外表面(3)，所述外壁布置成包围3D物体的内部部分(8)，所述外壁包括至少一个区域，所述至少一个区域包括第一外壁部分(2a)和第二外壁部分(2b)，所述第一外壁部分形成具有光滑度增强的外表面，所述第二外壁部分设置在第一外壁部分和内部部分之间，并提供外壁的低分辨率部分，所述低分辨率部分具有比第一外壁部分更不光滑的外表面。因此，可以减少与打印具有增强光滑度的外表面的外壁相关的附加打印时间。本发明还涉及用于执行根据本发明的方法的3D打印系统(30)以及具有上述外壁的3D打印物体。

Description

基于挤压的增材制造的方法、3D打印系统和3D打印物

本发明的领域

本发明涉及一种用于减少3D物体的附加打印时间的方法，该附加打印时间与3D物体的外壁的打印有关，该外壁具有光滑度增强的外表面，该3D物体利用基于挤压的增材制造工艺，通过堆叠包括挤压原料的轨道的主层和次层来制造。

本发明还涉及一种利用基于挤压的增材制造工艺制造3D物体的3D打印系统，该系统包括配置为执行根据本发明的方法的处理单元。

本发明还涉及利用基于挤压的增材制造工艺制造的3D打印物体。

本发明的背景技术

在利用基于挤压的增材制造工艺的3D打印中，通过以受控方式分层挤压的原料形成3D物体，从而可以创建所需的3D物体。通常利用包括打印头的3D打印系统，该打印头可在3D空间中相对于构造板移动，同时将原料分配到至少一个构造板上和由构造板支撑的原料先前沉积的轨道上。然而，可以使用多种选项相对移动打印头和打印3D物体的构造板。

该3D打印系统包括控制系统，该控制系统配置为控制可控制的定位系统，打印头附接到该定位系统以控制打印头的运动。通过软件可以生成工具路径的图案，该图案用于移动打印头和用于沉积挤压的原料的轨道。

在构造板上相对于可移动打印头的参考位置中创建3D物体，原料可以与先前沉积的轨道熔合。可将成型材料以例如细丝、颗粒、杆、液体、树脂或悬浮液的形式送入打印头中。

原料通过原料液化单元从打印头分配，并以形成轨道层的轨道形式沉积在构造板上，或者当待创建的3D物体的前一层已经沉积时，沉积在允许其固化的先前沉积的轨道上。原料可以与先前沉积的轨道热熔合或化学熔合或以其它方式熔合，成型材料可从打印头分配并沉积在先前沉积的轨道上，并在沉积之后固化。

构造板和由其支撑的3D物体相对于打印头沿着轨道的相对运动以及来自打印头的原料的同时沉积允许构建3D物体，并且通过原料的每个连续沉积的轨道逐渐获得其所需的形状。

取决于通过基于挤压的增材制造获得的3D打印物体的应用，特别是3D打印物体的外表面的光滑度是重要的特性。3D打印物体的外表面的期望光滑度可以通过选择适当的厚度来实现，如在垂直于构造板的方向上看到的，用于构成外表面的原料的轨道。本领域技术人员将理解，通过减小原料的轨道的厚度，可以改善相对于构造板具有非零角度的3D打印物体的部分的外表面的光滑度。然而，这是以增加3D打印物体的打印时间为代价的，由于增加的打印时间，所使用的3D打印系统具有较低的产量，因此，3D打印物体的成本增加。

US 2017/0151714A1公开了一种3D打印设备，其中该设备配置为使用构建材料来形成多个层中的外围壁，该组合的多个层具有第一高度，并且在该外围壁内形成填充区段，其中填充区段形成为包括单层并且具有等于该外围壁的第一高度的第二高度。

CN106915076A公开了一种适于熔融沉积建模的分层厚度设计方法。该方法具体包括以下步骤：1)设定设计参数；2)确定各面的高度范围；3)确定高度区间的长度值lj和最小倾角θj；4)求第j个高度区间内的分层厚度hj；5)求第j个高度区间内的分层范围；6)求第j个高度区间内的最小周数zmin.j；7)求第j个高度区间内的分层厚度计算间隔系数kj；8)对第j个高度区间内的最小周数zmin.j和间隔系数kj进行修正；9)求第j个高度区间内要填充的内圈的所在层号Y、填充周数Z和不用填充内圈的层周数Z'。本发明公开的方法具有能够相对减少打印时间，提高成型效率的优点。

基于上述内容，需要提供一种方法，其允许提供具有外壁的3D物体，外壁具有光滑度增强的外表面，并且其中可以减少与外壁的打印相关的附加打印时间。优选地，可以尽可能地限制与打印外壁相关的附加打印时间。

本发明的内容

本发明的目的是提供一种用于减少3D物体的附加打印时间的方法，该附加打印时间与打印3D物体的外壁相关，所述外壁具有光滑度增强的外表面，所述方法克服或至少减少与用于打印3D物体的本领域已知方法相关的上述和/或其它缺点中的至少一个，所述3D物体包括具有光滑度增强的外表面的外壁。

本发明的另一个目的是提供一种3D打印系统，包括处理单元，所述处理单元配置为执行根据本发明的方法。

本发明的另一个目的是提供一种具有光滑度增强的外表面的3D打印物体，该3D打印物体利用基于挤压的增材制造工艺制造的，使用根据本发明的方法可以减少与具有光滑度增强的外表面的打印相关的附加打印时间。

本发明的各方面在所附独立权利要求和从属权利要求中阐述，来自从属权利要求的特征可以适当地与来自独立权利要求的特征组合，而不仅仅是如权利要求中明确阐述的，此外，所有特征可以用其它技术上等效的特征代替。

上述目的中的至少一个是通过提供一种用于减少3D物体的附加打印时间的方法来实现的，该附加打印时间与3D物体的外壁的打印相关，所述外壁具有光滑度增强的外表面，所述3D物体基于挤压的增材制造工艺通过堆叠主层和子层来制造，所述主层和子层包括挤压原料的轨道，所述3D物体包括内部部分，所述外壁布置成包围所述内部部分，所述方法包括：

获取所述3D物体的3D模型；

利用预定切片高度对所述3D模型进行切片来确定切片数量；

对于多个切片的至少一个切片：

确定所述3D模型的外边界；

确定在所述外壁中的内边界是否可以限定，以将所述外壁分成第一外壁部分和第二外壁部分，其中，所述第一外壁部分布置成在所述外边界与所述内边界之间延伸，并且配置成设有子层堆叠组，所述子层堆叠组具有等于预定切片高度的总高度，以形成光滑度增强的外表面；所述第二外壁部分布置在所述内边界与所述内部部分之间延伸，并且配置成设有主层，所述主层具有等于预定切片高度的预定主层高度，其中，

响应于确定所述多个切片中的相应切片的预定切片高度至少与预定主层高度一样高，从而确立所述外壁中的内边界为可限定的：

将该内边界定位在距所述外边界预定距离处，在该距离处，对应所述子层堆叠组的至少一个子层，挤压原料的第一类型轨道的最小数量等于1；

用具有预定第一轨道高度和轨道宽度的第一类型轨道的一个轨道填充所述第一外壁部分中的至少一个子层，所述预定第一轨道高度等于预定子层高度，且为所述预定切片高度的一部分，所述轨道宽度具有等于第一类型轨道的额定轨道宽度的50％的最小值和等于第一类型轨道的额定轨道宽度的200％的最大值，以及

用所述主层填充所述第二外壁部分；或

响应于确定所述多个切片中的相应切片的预定切片高度小于预定主层高度，从而确定所述外壁中的内边界为不可限定的：

用多个子层填充相应切片的外壁，其中所述多个子层中的每个子层具有预定子层高度，所述预定子层高度为预定切片高度的一部分。

本领域技术人员将理解，根据本发明的方法的要点是将3D物体的外壁至少部分地划分为第一外壁部分和第二外壁部分。为了能够将外壁划分为所述第一外壁部分和所述第二外壁部分，对于多个切片中的每个切片，确定在外壁中的内边界是否可以限定。如果预定切片高度允许容纳主层，即如果预定切片高度至少与预定主层高度一样高，则可以在多个切片中的相应切片中限定内边界。实际上，预定主层高度选择为等于已经基于3D物体的3D模型确定的切片数量的切片的预定切片高度。本领域技术人员将理解，多个切片中的相应切片的相应内边界可以相对于多个切片中的相应切片以任何合适的非零角度取向，如在平行于相应切片的方向上所看到的。因此，将清楚的是，多个切片的不同切片的内边界可以具有不同的取向。

在可以在多个切片的相应切片中限定内边界的情况下，则外壁可以分成所述第一外壁部分和所述第二外壁部分。所述相应切片的第一外壁部分可填充有完整的子层堆叠组，即具有可等于预定切片高度的总高度的子层堆叠组。第一外壁部分中的子层堆叠组的每个子层具有预定子层高度，所述预定子层高度是预定切片高度的一部分。所述相应切片的第二外壁部分可以填充有主层，所述主层具有等于相应切片的预定切片高度的预定主层高度。这样，3D物体的外壁可以至少部分地设置有第二外壁部分，所述第二外壁部分具有比3D物体的光滑度增强的外表面更低的光滑度，并且因此具有更高的表面粗糙度。优选地，可以在多个切片中的所有切片中限定内边界，以便将每个切片的外壁划分为所述第一外壁部分和所述第二外壁部分。本领域技术人员将理解，通过将多个切片中的至少一个切片的外壁划分为所述第一外壁部分和所述第二外壁部分，不必以3D物体的外表面的相同增强的光滑度来打印3D物体的整个外壁，因此，可以减少3D物体的打印时间。

如果多个切片中的切片具有小于预定主层高度的切片高度，即相应切片不能容纳主层，则不能在所述相应切片中定义内边界。相反，各个切片可以填充有多个子层，其中，多个子层中的每个子层具有预定子层高度，该预定子层高度为预定切片高度的一部分。本领域技术人员将理解，多个子层中的每个子层和第一外壁部分中的子层堆叠组的每个子层通常具有预定子层高度，该预定子层高度为预定切片高度的相同部分。以这种方式，仍然可以实现作为整体的3D物体的光滑度增强的外表面。

本领域技术人员将理解，根据本发明的方法不仅能够减少与光滑度增强的外表面的打印相关的3D物体的附加打印时间，还可以用于减少具有预定光滑度的外表面的3D物体的总打印时间，该预定光滑度已经满足特定应用的要求。后者通过为具有第一外壁部分和第二外壁部分的3D物体的3D模型提供可确定切片数量的至少一个切片来实现，其中第一外壁部分与第二外壁部分相比具有增强的光滑度。因此，根据本发明的方法可以减少与3D物体的外表面的打印相关的3D物体的附加打印时间，其中外表面具有增强的光滑度。或者，如果外表面已经具有适当的光滑度，则根据本发明的方法可以减少3D物体的打印时间。

本领域技术人员将理解，多个子层中的每个子层具有预定子层高度也是可能的，预定子层高度为预定切片高度的第一部分，并且第一外壁部分中的子层堆叠组的每个子层具有预定子层高度，预定子层高度为预定切片高度的第二部分，其中第一部分和第二部分不相同。在这种情况下，可以实现3D物体的部分外表面的增强光滑度的差异。

在本发明的上下文中，一部分解释为全部的一部分。因此，本领域技术人员应当清楚，作为预定切片高度的一部分的预定子层高度解释为小于预定切片高度，优选地显著小于预定切片高度。

此外，本领域技术人员将理解，在本发明的上下文中，3D物体的外表面解释为与3D物体外部的环境具有边界的任何表面。例如，如果3D物体是管，则围绕通过管的内部通道的管壁的表面将解释为管的外表面。当然，这同样适用于背离穿过管的内部通道的管壁的表面，后一表面自然被认为是外表面。

基于上述内容，根据本发明的方法的示例是一种用于减少与打印3D物体的外壁的打印相关的3D物体的附加打印时间的方法，该外壁具有光滑度增强的外表面，所述3D物体基于挤压的增材制造工艺通过堆叠包括挤压原料的轨道的主层和子层来制造，所述3D物体包括内部部分，所述外壁布置成包围所述内部部分的外壁，所述方法包括：

获得所述3D物体的3D模型；

利用预定切片高度对所述3D模型进行切片来确定切片数量；

对于所述多个切片中的每一个切片：

确定所述3D模型的外边界；

确定在所述外壁中的内边界是否可限定，以将所述外壁分成第一外壁部分和第二外壁部分，其中，所述第一外壁部分布置成在所述外边界与所述内边界之间延伸，并且配置为形成具有光滑度增强的所述3D物体的外表面，并且所述第二外壁部分布置为在所述内边界与所述内部部分之间延伸，其中，

响应于确定所述多个切片中的相应切片，所述外壁中的内边界为可限定的，用具有等于所述预定切片高度的总高度的子层堆叠组来填充所述第一外壁部分，以及用具有等于所述预定切片高度的预定主层高度的主层来填充所述第二外壁部分，其中所述子层堆叠组的每个子层具有预定子层高度，所述预定子层高度为所述预定切片高度的一部分；或

响应于确定所述多个切片中的相应切片，所述外壁中的内边界为不可限定的，用多个子层填充所述相应切片的外壁，其中所述多个子层中的每一子层具有预定子层高度，所述预定子层高度为所述预定切片高度的一部分。

在根据本发明的方法的实施例中，在所述外壁中的内边界为可限定的情况下，对于相应的子层，如果从所述外边界到所述内边界的距离小于所述第一类型轨道的轨道宽度的最小值，则省略对子层堆叠组的相应子层的填充。以这种方式，相应的子层不能填充挤压原料的第一类型轨道。

在根据本发明的方法的一个示例中，用总高度等于预定切片高度的子层堆叠组填充第一外壁部分，包括用挤压原料的所述第一类型轨道的最小数量的轨道填充所述子层堆叠组的至少一个子层，其中第一类型轨道的轨道具有等于预定子层高度的预定第一轨道高度。

以这种方式，可以减小在平行于切片的方向上看到的通过多个切片中的至少一个切片的第一外壁部分从外边界到内边界的距离。因此，所述至少一个切片的内边界可以布置在距3D模型的外边界优选距离处。本领域技术人员将理解，优选地，所述子层堆叠组的每个子层设置有挤压原料的第一类型轨道的最小数量的轨道。结果，可以减小多个切片中相应切片的第一外壁部分的相应长度。本领域技术人员将理解，如果多个切片中的相应切片的内边界处于距相应切片的相应外边界的优选距离处，则可以减小通过应当实现3D物体的外表面的预定光滑度。因此，通过将多个切片中的相应切片中的相应内边界定位在相对于相应切片的相应外边界的相应优选距离处，可以减少与打印光滑度增强(即增强的分辨率或减小的粗糙度)的3D物体的外壁相关的附加打印时间。

在根据本发明的方法的实施例中，在所述外壁中的内边界为可限定的情况下，对于相应的子层，从外边界到内边界的距离大于所述第一类轨道的轨道宽度的最大值，则子层堆叠组的相应子层填充有第一类型轨道的至少两个轨道，其中所述至少两个轨道的总宽度等于所述距离。本领域技术人员将理解，第一类型轨道的至少两个轨道中的每一个具有范围从第一类型轨道的轨道宽度的最小值到第一类型轨道的轨道宽度的最大值的相应轨道宽度。

在根据本发明的方法的一个实例中，用具有等于该预定切片高度的总高度的子层堆叠组填充所述第一外壁部分还包括：将所述内边界定位在距所述外边界预定距离处，在该距离处，对于所述子层堆叠组的至少一个子层，挤压原料的第一类型轨道的最小数目等于1。其中，所述第一类型轨道的每个轨道具有一定范围内的轨道宽度，所述范围具有下边界和上边界，所述下边界定义为所述第一类型轨道的额定轨道宽度的最小百分比，所述上边界定义为所述第一类型轨道的额定轨道宽度的最大百分比。

本领域技术人员将理解，以这种方式，在平行于切片的方向上观察时，通过多个切片中的至少一个切片的第一外壁部分从外边界到内边界的距离可以保持尽可能小。因此，所述至少一个切片的内边界可以布置在距3D模型的外边界的最佳距离处。本领域技术人员将理解，优选地，子层堆叠组的每个子层设置有挤压原料的第一类型轨道的一个轨道。结果，通过多个切片的所有切片的相应第一外壁部分从外边界到内边界的相应距离可以保持尽可能小。本领域技术人员将理解，多个切片的各个切片的各个内边界处于它们的最佳距离处，因为应当实现3D物体的外表面的光滑度增强，各个增强分辨率的第一外壁部分布置为尽可能小。因此，通过将多个切片的各个切片中的各个内边界相对于各个切片的各个外边界定位在它们各自的最佳距离处，可以尽可能地减少与打印光滑度增强(即增强的分辨率或减小的粗糙度)的3D物体的外壁相关的附加打印时间。

本领域技术人员将理解，根据相应切片的外边界的形状，对于第一外壁部分中的挤压原料的第一类型轨道的各个轨道，外边界和内边界之间的距离可以不同。只要所需的轨道宽度保持在具有上边界和下边界的上述范围内，用第一类型轨道的一个轨道填充外边界和内边界之间的子层堆叠组的每个子层是可能的，所述下边界定义为第一类型轨道的额定轨道宽度的最小百分比，以及上边界定义为第一类型轨道的额定轨道宽度的最大百分比。本领域技术人员将理解，第一类型轨道的数量可以在沿着第一外壁部分的圆周的不同位置处变化。

在将所述多个切片中的相应切片中的内边界定位在比所述内边界的前述最佳距离更靠近所述外边界的距离处的情况下，子层堆叠组的至少一个子层不能设置有挤压原料的第一类型轨道的一个轨道，因为这种轨道必须打印为在平行于切片的方向上观察的、小于轨道宽度，即轨道宽度等于第一类型轨道的额定轨道宽度的最小百分比。在子层堆叠组的至少一个子层不能提供有挤压原料的第一类型轨道的一个轨道的情况下，3D物体的外表面不能具有预定的光滑度，因为前述类型的子层不能提供有挤压原料的第一类型轨道。这种挤压原料的缺失将使3D物体的外表面的光滑度不如期望的增强。

此外，在将所述多个切片中的相应切片中的内边界定位在比所述内边界的上述最佳距离更远离所述外边界的距离处的情况下，设置在第一外壁部分中的子层堆叠组的子层将设置有挤压原料的多个第一类型轨道，因为在平行于切片的方向上观察的这种轨道的轨道宽度大于等于可实现的第一类型轨道的标称轨道宽度的最大百分比的轨道宽度。本领域技术人员将理解，在设置在第一外壁部分中的子层堆叠组的子层将设置有挤压原料的多个第一类型轨道的情况下，将有可能实现3D物体的外表面的光滑度增强。然而，与具有光滑度增强，即增强的分辨率或减小的粗糙度打印第一外壁部分相关的附加打印时间将是次优的，因为在第一外壁部分中必须打印比所需和必要的至少一个更高分辨率的轨道。因此，打印3D物体所涉及的成本将高于所需的至少一种成本。

在根据本发明的方法的实施例中，在外壁中的内边界为可限定的情况下，则从外边界到内边界的距离具有等于第一类型轨道的额定轨道宽度的50％的最小值和等于第一类型轨道的额定轨道宽度的200％的最大值，以允许所述子层堆叠组的每个子层填充有第一类型轨道的一个轨道。这样，从平行于每个子层的方向看，通过第一外壁部分从外边界到内边界的距离可以保持尽可能小。因此，可以尽可能地减少第一外壁部分的附加打印时间，同时提高第一外壁部分的表面光滑度。

在根据本发明的方法的示例中，第一类型轨道的额定轨道宽度的最小百分比是50％，并且第一类型轨道的额定轨道宽度的最大百分比是200％。

本领域技术人员将理解，可以实现的第一类型轨道的额定轨道宽度的最小百分比尤其取决于所使用的基于挤压的增材制造工艺、所使用的打印头的喷嘴的几何形状以及所使用的原料的类型。这同样适用于可以实现的第一类型轨道的额定轨道宽度的最大百分比。

在根据本发明的方法的实施例中，用多个子层填充相应切片的外壁还包括：

用挤压原料的第一类型轨道的最小数量的轨道填充所述多个子层中的至少一个子层；

其中，所述轨道的最小数量为以下中的一种：

如果所述至少一个子层的外壁具有小于所述第一类型轨道的轨道宽度的最小值的宽度，则所述轨道的最小数量为零，以防止填充所述至少一个子层；

如果所述至少一个子层的外壁的宽度在所述第一类型轨道的轨道宽度的最小值和最大值之间的范围内，则所述轨道的最小数量为1；以及

如果所述外壁的宽度大于所述第一类型轨道的轨道宽度的最大值，则所述轨道的最小数量为至少两个，其中，所述至少两个轨道具有等于所述外壁的宽度的总宽度。

如上所述，如果多个切片中的切片具有小于预定主层高度的切片高度，即各个切片不能容纳主层，则不能在所述各个切片中定义内边界。代替将外壁分成所述第一外壁部分和所述第二外壁部分，相应的切片可以填充有多个子层。多个子层中的每个子层具有预定子层高度，该预定子层高度为预定切片高度的一部分。本领域技术人员将理解，对于单独的层，预定的主层高度可以不同。相同的考虑适用于具有它们各自的预定主层高度的各层。

本领域技术人员将理解，通过用挤压原料的第一类型轨道的最小数量的轨道填充多个子层中的至少一个子层，可以减少相应子层的打印时间。结果，可以减少与打印光滑度增强的外表面相关的附加打印时间。

本领域技术人员将理解，优选地，多个子层中的每个子层填充有挤压原料的第一类型轨道的最小数量的轨道，因为这允许进一步减少与打印光滑度增强外表面相关的附加打印时间。

在根据本发明的方法的一个示例中，用多个子层填充相应切片的外壁进一步包括用挤压的原料的第一类型轨道的最小数量的轨道填充所述多个子层中的至少一个子层。

在根据本发明的方法的实施例中，用具有等于预定切片高度的预定主层高度的主层填充第二外壁部分包括：提供挤压原料的第二类型轨道，其中，第二类型轨道具有等于预定主层高度的预定第二轨道高度。如上所述，本领域技术人员将理解，预定的主层高度对于单独的层可以是不同的。

此外，本领域技术人员将理解，以这种方式，不必以3D物体的外表面的相同增强的光滑度打印3D物体的整个外壁。因此，可以减少与打印光滑度增强的外表面相关的附加打印时间。

在根据本发明的方法的一个实施例中，该内部部分配备有填充结构，该填充结构包括主层的网，所述网的主层包括挤压原料的第二类型轨道。

本领域技术人员将理解，以这种方式可以减少内部部分的打印时间。这允许减小具有光滑度增强的外表面的3D物体的总打印时间。

在根据本发明的方法的实施例中，预定切片高度取决于3D物体的期望打印时间。

本领域技术人员将理解，在更高的预定切片高度的情况下，3D物体的打印时间将减少，因为需要更少的打印头移动。显然，在较低的预定切片高度的情况下，随着需要更多的打印头移动，3D物体的打印时间将增加。

在根据本发明的方法的实施例中，预定切片高度取决于3D物体的外表面的光滑度期望的增强值。

本领域技术人员将理解，在需要更高地3D物体的外表面的光滑度增强值的情况下，即3D物体的外表面具有更高的分辨率，并因此具有更低的粗糙度的情况下，需要更低的预定切片高度。结果，随着需要更多的打印头移动，3D物体的打印时间将增加。显然，在期望3D物体的外表面的光滑度的较低增强值的情况下，即，3D物体的外表面具有较低的分辨率，并因此具有较高的粗糙度，可以使用较高的预定切片高度。因此，由于需要较少的打印头移动，3D物体的打印时间将减少。

在根据本发明的方法的实施例中，第一外壁部分的子层堆叠组布置成在所述内边界处与所述第二外壁部分的主层接触。

本领域技术人员将理解，以这种方式可以确保外壁作为整体的稳定性和完整性。

在根据本发明的方法的实施例中，在内边界处的接触没有空隙。

应注意，在本发明的上下文中，在没有空隙的内边界处的接触应解释为挤压原料的第一类型轨道和挤压原料的第二类型轨道之间的接触，其中，接触不包括任何空隙。本领域技术人员将理解，内边界处的这种接触可以改善外壁整体的稳定性和完整性。

根据本发明的另一方面，提供了一种基于挤压的增材制造工艺制造3D物体的3D打印系统，该系统包括用于执行根据本发明的方法的处理单元。

本领域技术人员将理解，根据本发明的3D打印系统的处理单元可操作地与3D打印系统的所有相关部件连接，所述3D打印系统的所有相关部件为基于挤压的增材制造工艺打印3D物体所需的。因此，根据本发明的3D打印系统用于为3D物体提供具有光滑度增强的外表面，同时允许减少与打印具有光滑度增强的外表面相关的附加打印时间。

根据本发明的另一方面，提供了利用根据本发明的方法制造的3D打印物体。在一个示例中，3D打印物体包括外壁，该外壁具有光滑度增强的外表面。利用基于挤压的增材制造工艺来制造3D打印物体，所述3D打印的物体包括内部部分，所述外壁布置成包围所述内部部分，所述外壁包括至少一个区域，其中所述外壁包括第一外壁部分和第二外壁部分，其中在所述外壁的至少一个区域中：

所述第一外壁部分配置为形成具有光滑度增强的3D打印物体的外表面；

所述第一外壁部分包括挤压原料的第一类型轨道中的至少一个轨道，所述第一类型轨道中的至少一个轨道具有预定第一轨道高度；

所述第二外壁部分布置在所述第一外壁部分和所述内部部分之间；

所述第二外壁部分包括挤压原料的第二类型轨道中的至少一个轨道，所述第二类型轨道中的至少一个轨道具有预定第二轨道高度；以及

所述第一类型轨道的至少一个轨道的预定第一轨道高度为所述第二类型轨道的至少一个轨道的预定第二轨道高度的一部分。

本领域技术人员将理解，通过提供具有外壁的3D打印物体，所述外壁包括至少一个区域，其中所述外壁包括第一外壁部分和第二外壁部分，可以获得具有光滑度增强的外表面的3D打印物体，同时允许减少与打印具有光滑度增强的外表面相关的附加打印时间。第一外壁部分和第二外壁部分可以在穿过3D打印物体形成适当的横截面之后观察到。这样，可以根据本发明的教导确定3D打印物体是否被打印。

在根据本发明的3D打印物体的示例中，在位于所述第一外壁部分与所述第二外壁部分之间的内边界处的所述外壁的至少一个区域中，所述第一外壁部分的挤压原料的所述第一类型轨道中的至少一个轨道与所述第二外壁部分的挤压原料的所述第二类型轨道中的至少一个轨道相互无空隙接触。

如上所述，在本发明的上下文中，在没有空隙的内边界处的接触解释为挤压原料的第一类型轨道的至少一个轨道和挤压原料的第二类型轨道的至少一个轨道之间的接触，其中所述接触不包括任何空隙。本领域技术人员将理解，内边界处的这种接触可以改善外壁整体的稳定性和完整性。

在根据本发明的3D打印物体的一个示例中，该内部部分配备有填充结构，该填充结构包括挤压原料的第二类型轨道的网格。

本领域技术人员将理解，以这种方式可以减少内部部分的打印时间，这允许减少具有光滑度增强的外表面的3D物体的总打印时间。

附图说明

通过根据本发明的方法，3D打印系统和3D打印物体的示例性和非限制性实施例，本发明的其它特征和优点将从本发明的描述中变得明显。

本领域技术人员将理解，根据本发明的方法，3D打印系统和3D打印物体的所描述的实施例本质上仅是示例性的，并且不被解释为以任何方式限制保护范围。本领域技术人员将认识到，在不脱离本发明的保护范围的情况下，方法，3D打印系统和3D打印物体的替代和等效实施例可以被构思并简化为实践。

将参考附图上的附图。附图本质上是示意性的，因此不必按比例绘制。此外，相同的附图标记表示相同或相似的部件。在所述附图片上，

图1A示出了根据本发明的3D打印物体的第一示例性非限制性实施例的示意性截面视图，该3D打印物体通过根据本发明的方法获得的，其中该3D物体的外壁的第一外壁部分配备有具有可变轨道宽度的第一类型轨道；

图1B示出了根据本发明的3D打印物体的第二示例性非限制性实施例的示意性截面视图，该3D打印物体通过根据本发明的方法获得的，其中该3D物体的外壁的第一外壁部分配备有具有预定轨道宽度的第一类型轨道；

图2示出了根据本发明的方法确定3D物体的3D模型的切片中的内边界以将外壁划分为第一外壁部分和第二外壁部分并且为第一外壁部分中的子层堆叠组的每个子层提供最少数量的原料的第一类型轨道的示例性非限制性实施例的流程图；

图3A、图3B和图3C示意性地示出了如何为图1A所示的3D物体的3D模型的确定3D模型的内边界和外边界之间的最佳距离的第二示例性非限制性实施例；

图4A和图4B示意性地示出了示例性且非限制性的实施例，其中如在平行于相应切片的方向上所看到的，即如在相应切片延伸的主方向上所看到的，相应切片中的相应内边界相对于相应切片以不同的非零角度取向，并且其中在第一外壁部分的子层堆叠组与第二外壁部分的主层之间不存在空隙；

图4C示意性地示出了示例性且非限制性的实施例，其中内边界具有与图4B中所示的内边界相同的取向，并且其中第一外壁部分的子层堆叠组与第二外壁部分的主层之间存在空隙；

图5示出了用于打印具有不同尺寸和结构特性的不同半球的比较研究的结果，其中使用根据本发明的方法，本领域已知的用于以粗糙即低分辨率打印的方法，以及本领域已知的用于以精细或高分辨率打印的方法来打印不同的半球。以使用粗糙分辨率或低分辨率的方法的总打印时间为参考，示出了使用细分辨率或高分辨率的方法和根据本发明的方法的时间损失；

图6A示出了使用本领域已知的用于以粗糙分辨率或低分辨率打印的方法获得的另一个示例性的非限制性的3D打印的物体的第一版本；

图6B示出了用根据本发明的方法获得的图6A中所示的示例性的非限制性的3D打印的物体的第二版本；以及

图7示出了根据本发明的3D打印系统的示意性表示，该3D打印系统包括处理单元的一示例性非限制性实施例，该处理单元用于根据本发明的方法打印3D物体。

具体实施方式

将在如下所示的本发明的示例性实施例中进一步阐述本发明。

图1A示出了根据本发明的3D打印物体1的示例性非限制性实施例的示意性截面图。本领域技术人员将理解，3D打印物体可以为能够利用基于挤压的增材制造工艺打印的任何物体。图1A示出了3D打印物体1包括外壁2，该外壁包括至少一个区域，其中外壁2包括第一外壁部分2a和第二外壁部分2b。在该区域中，第一外壁部分2a形成具有光滑度增强的外表面3。如图1A所示，通过具有可变轨道宽度20和预定第一轨道高度22的第一类型轨道6，填充第一外壁部分2a来实现外表面3的增强的光滑度，预定第一轨道高度22为填充第二外壁部分2b的第二类型轨道7的预定第二轨道高度23的一部分。本领域技术人员将理解，通过这种方式，可以通过仅在第一外壁部分2a中打印第一类型轨道6来实现具有光滑度增强的外表面。填充具有预定第二轨道高度23的第二类型轨道7的第二外壁部分2b，提供外壁的低分辨率部分，其具有比第一外壁部分更不光滑的外表面。因此，与整个外壁2设置有第一类型轨道6的情况相比，可以减少与外壁2的打印相关的3D物体1的附加打印时间。

在外壁2不包括第一外壁部分2a和第二外壁部分2b的3D物体1的区域中，外壁2包括多个子层18。多个子层中的子层设置有具有预定第一轨道高度22的挤压原料的第一类型轨道6。这样，3D物体1的外表面3在外壁2的该区域具有与包括第一外壁部分2a和第二外壁部分2b的外壁的区域中相同的光滑度的增强。

本领域技术人员将理解，可以在通过3D打印物体1形成适当的截面后观察到第一外壁部分2a和第二外壁部分2b。以这种方式，可以确定3D打印物体1是否根据本发明的教导进行打印。

第二外壁部分2b布置在第一外壁部分2a和3D打印物体1的内部部分8之间。内部部分8设置有填充结构21，该填充结构21包括挤压原料的第二类型轨道7的轨道网。本领域技术人员将理解，通过提供具有填充结构21的内部部分8，可以减少内部部分的打印时间，并因此减少3D物体1的总打印时间。

图1B示出了根据本发明的3D打印物体1的第二示例性非限制性实施例的示意性截面图，该3D打印物体1通过根据本发明的方法获得，其中该3D物体1的外壁2的第一外壁部分2a配备有具有预定轨道宽度20的第一类型轨道6。通过比较图1A和图1B，本领域技术人员将理解，对于第一外壁部分2a中的第一类型轨道6，通过采用预定的轨道宽度20而不是可变的轨道宽度20，可以在第一外壁部分2a的第一类型轨道6的轨道堆叠与第二外壁部分2b的第二类型轨道7的轨道堆叠之间存在空隙24。因此，可变轨道宽度20可用于减小并最终避免第一外壁部分2a的第一类型轨道6的轨道堆叠与第二外壁部分2b的第二类型轨道7的轨道堆叠之间的任何空隙。

图2示出了根据本发明的方法的示例性非限制性实施例的流程图200，该方法用于确定3D物体的3D模型的切片中的内边界以将外壁划分为第一外壁部分和第二外壁部分，并且为第一外壁部分中的子层堆叠组的每个子层提供最少数量的原料的第一类型轨道。

作为图2的流程图200中的步骤一201，假设设置在第一外壁部分中的子层堆叠组的所有子层打印有具有最小可能轨道宽度的单个轨道，即轨道宽度等于原料的第一类型轨道的额定轨道宽度的最小百分比。本领域技术人员将理解，可以实现的第一类型轨道的额定轨道宽度的最小百分比尤其取决于所使用的基于挤压的增材制造工艺、所使用的打印头的喷嘴的几何形状以及所使用的原料的类型，这同样适用于可以实现的第一类型轨道的额定轨道宽度的最大百分比。单个轨道的轨道宽度可以在第一类型轨道的额定轨道宽度的最小百分比和第一类型轨道的额定轨道宽度的最大百分比之间调节。如果所需的轨道宽度小于第一类型轨道的额定轨道宽度的最小百分比，则不能打印该轨道。如果所需的轨道宽度大于最大轨道宽度，则需要打印附加的轨道。

流程图200中的步骤二202指示确定每个子层的单个轨道的内部区域，然后确定每个子层的单个轨道的最大面积。流程图200中的步骤三203指示将适用于所有子层的所有区域的最大区域定义为内边界，即，将外壁划分为第一外壁部分和第二外壁部分的内边界。在限定内边界之后，流程图200中的步骤四204指示从第一外壁部分中的子层堆叠组的第一子层开始，该第一子层将设置有第一类型的原料轨道的最小数量的轨道。流程图200中的步骤五205指示从轨道开始处开始。流程图200中的第一判定步骤206指示判断轨道内部是否接触内边界。如果是这种情况，则流程图200中的步骤六207指示转到轨道的下一位置。如果不是这种情况，则第二判定步骤208指示判断轨道宽度是否可以增加，以接触内边界。如果这是可能的，则流程图200中的第七步骤209指示平衡，即调整轨道宽度以接触内边界。如上所述，可以在第一类型轨道的额定轨道宽度的最小百分比和第一类型轨道的额定轨道宽度的最大百分比之间调节轨道宽度。如果不能调整轨道的宽度，使得轨道可以接触内边界，即当接触边界所需的轨道宽度大于最大轨道宽度时，则流程图200中的步骤八210指示在另一轨道内添加附加轨道。本领域技术人员将理解，第一外壁部分中的相邻轨道的数量可以沿着轨道的长度变化，这取决于外表面的斜率。

在根据流程图200中的步骤六207转到轨道的下一位置之后，流程图200中的第三判定步骤211指示判断轨道是否完成。如果不是这种情况，则重复上述步骤206-210中的至少步骤206和207，直到在第三判定步骤211中确定轨道已经完成。在完成跟踪之后，流程图200中的步骤九212指示增加子层数目。第四判定步骤213指示判断是否完成所有子层。如果不是这种情况，则重复上述步骤205－212的至少步骤205、206、207、211和212，直到在第四判定步骤213中确定已经完成所有子层。如果已经完成所有子层，则流程图中的最后步骤214指示已经完成该层，即根据本发明的方法，向3D物体的3D模型的相应切片的子层堆叠组的所有子层提供第一类型原料轨道的最小数量的轨道。

图3A、图3B和图3C示意性地示出了如何为图1A所示的3D物体1的3D模型9的切片10确定3D模型9的内边界13和外边界12之间的最佳距离的示例性非限制性实施例。

本领域技术人员将理解，取决于相应切片10的外边界12的形状，对于第一外壁部分2a中的子层堆叠组14的各个子层5，外边界12和内边界13之间的距离19可以不同。只要所需的轨道宽度保持在下边界和上边界的的范围内，用原料的第一类型轨道的单个轨道填充外边界12和内边界13之间的子层14的堆叠的每个子层5是可能的，其中，下边界定义为第一类型轨道的额定轨道宽度的最小百分比，上边界定义为第一类型轨道的额定轨道宽度的最大百分比。

图3A示出了3D模型9的内边界13和外边界12之间的距离19，在根据本发明的上下文中，该距离认为是最佳的。因为第一外壁部分2a填充有子层堆叠组14，子层堆叠组14的总高度等于预定切片高度11，并且子层堆叠组14的每个子层5可以配备有挤压原料的第一类型轨道的单个轨道。本领域技术人员将理解，以此方式，外边界12与内边界13之间的距离19以及因此第一外壁部分2a在平行于切片10的方向上所看到的长度可以保持尽可能小。第二外壁部分2b可以设置有主层4，该主层4具有等于预定切片高度11的预定主层高度16，主层4可设置有第二类原料轨道。由于确定外边界12和内边界13之间的最佳距离，可以尽可能地减少与打印具有光滑度增强(即增强的分辨率或减小的粗糙度)的3D物体的外壁相关的附加打印时间。

图3B示出了内边界13位于比如图3A所示的内边界13的最佳距离更靠近外边界12的距离19处的情况下，子层堆叠组的一个子层不能布置在第一外壁部分2a中，因为它不能提供挤压原料的第一类型轨道的单个轨道，因为这种轨道必须打印为在平行于切片10的方向上观察到的、小于轨道宽度，即等于第一类型轨道的额定轨道宽度的最小百分比。在第一外壁部分2a不能提供完整的子层堆叠组14的情况下，即不能提供总高度15等于预定切片高度11的子层堆叠组14情况下，3D物体的外表面不能具有预定的光滑度，因为挤压的原料将丢失。这种挤压原料的缺失将使3D物体的外表面的光滑度不如期望的增强。因此，本领域技术人员将理解，内边界13应该移动到图3A所示的最佳距离。

图3C示出了在内边界13定位在距离外边界12比如图3A所示的内边界13的最佳距离更远的距离19处的情况下，设置在第一外壁部分2a中的子层堆叠组14的子层5将必须设置有多个挤压原料的第一类型轨道，因为在平行于切片10的方向上看到的这种轨道的轨道宽度大于等于第一类型轨道的额定轨道宽度的最大百分比的轨道宽度。本领域技术人员将理解，在设置在第一外壁部分2a中子层堆叠组14的子层5将设置有多个挤压原料的第一类型轨道的情况下，将有可能实现3D物体的外表面的增强的光滑度。然而，与具有增强的光滑度(即增强的分辨率或减小的粗糙度)的第一外壁部分2a的打印相关的附加打印时间将过长，因为在第一外壁部分中必须打印比期望和必要中的至少一个更高分辨率的轨道。因此，打印3D物体所涉及的成本将高于所需的至少一种成本。因此，本领域技术人员将理解，内边界13应该移动到图3A所示的最佳距离。

基于上述内容，本领域技术人员将理解，根据本发明的方法的要点是找到内边界13与外边界12的最佳距离，以将外壁2划分为高分辨率的第一外壁部分2a和低分辨率的第二外壁部分2b。其中高分辨率的第一外壁部分2a中的子层堆叠组14的每个子层5设置有最少数量的第一类型原料轨道。

如上所述，本领域技术人员将理解，多个切片中的相应切片的相应内边界可以相对于多个切片中的相应切片以任何合适的非零角度取向，如在平行于相应切片的方向上所看到的，即在相应切片延伸的主方向上所看到的。因此，将清楚的是，多个切片的不同切片的内边界可以具有不同的取向，从图3A至图3C中可以看出，切片10中的内边界13可以为垂直定向的，即，如在平行于切片10的方向上所看到的，相对于切片10成90°的非零角度。在图3A至图3C所示的具体实施例中，平行于切片10的方向解释为水平方向。在这种情况下，内边界13和水平方向之间的非零角度为90°。此外，从图3A至图3C可以看出，在第一外壁部分2a的子层堆叠组14与第二外壁部分2b的主层4之间不存在空隙。

图4A和图4B示意性地示出了示例性且非限制性的实施例，其中如在平行于各个切片10的方向上所看到的，即在各个切片10延伸的主方向上所看到的，各个内边界13相对于各个切片10以不同的非零角度定向。在图4A至图4C所示的特定实施例中，平行于各个切片10的方向也解释为水平方向。如图4A所示的切片10中的内边界13朝向外边界12倾斜，而如图4B所示的切片10中的内边界13远离外边界12倾斜。

如图4A和图4B所示，第一外壁部分2a的子层堆叠组14的内表面具有粗糙的形状。图4C所示的切片10中的内边界13具有与图4B所示的内边界13相同的取向。在图4C所示的示例性和非限制性实施例中，第一外壁部分2a的子层堆叠组14和第二外壁部分2b的主层4仅部分地相接触。因此，在第一外壁部分2a的子层堆叠组14的底部两个子层与第二外壁部分2b的主层4之间存在空隙24。从图4C可以看出，即使在子层叠层14的顶部子层和主层4之间也可以存在空隙24。本领域技术人员将理解，在图4A和图4B中所示的各个子层堆叠组14和相应的主层4之间不存在空隙。本领域技术人员将理解，这些空隙可以例如通过使用第二外壁部分2b的主层4的压力控制打印来消除。

图5示出了用于打印具有不同尺寸和结构特性的不同半球的比较研究结果，其中使用根据本发明的方法，本领域已知的用于以粗略或低分辨率打印的方法，以及本领域已知的用于以精细或高分辨率打印的方法来打印不同的半球。以使用具有粗略或低分辨率的方法的总打印时间作为参考，示出了使用具有精细或高分辨率的方法和根据本发明的方法的时间损失。

本领域技术人员将理解，可以选择任何3D物体用于该比较研究，并且半球只是3D物体的非限制性示例。

根据本领域已知的具有粗糙或低分辨率的方法，挤压原料的轨道具有所谓的粗糙轨道高度。根据本领域已知的具有精细或高分辨率的方法，挤压原料的轨道具有所谓的精细轨道高度。为了比较研究不同半球的总打印时间的结果，粗轨道高度选择为精细轨道高度的三倍，本领域技术人员将理解，对于比精细轨道高度高三倍的粗糙轨道高度的选择是任意的，并且可以使用任何其他合适的比率。根据本发明的方法，高分辨率的第一外壁部分2a填充有轨道高度等于精细轨道高度的挤压原料的轨道，低分辨率的第二外壁部分2b填充有轨道高度等于粗糙轨道高度的挤压原料的轨道。在半球的外壁在高分辨率的第一外壁部分和低分辨率的第二外壁部分中不能完全分割的情况下，半球的外壁的相应区域设置有具有等于精细轨道高度的原料轨道。用根据本发明的方法打印的半球的内部部分还具有轨道高度等于粗糙轨道高度的原料轨道。

此外，在对比研究中，比较了使用上述方法打印半径为25mm，50mm和75mm的半球的打印时间。此外，每个半球用三种不同的壁厚设置切片，即2mm，5mm的壁厚，以及使用实心结构。

基于上述内容，本领域技术人员将理解，总共打印了27个不同的半球。通过将使用具有粗糙或低分辨率的方法的总打印时间作为参考，可以计算使用具有精细或高分辨率的方法和根据本发明的方法的时间损失。

从图5可以清楚地看出，当使用具有精细或高分辨率的方法时，根据该方法，挤压原料的轨道高度比在具有粗糙或低分辨率的方法中使用原料的轨道的轨道高度低三倍，所有半球体的总打印时间如所期望的那样大致增加了三倍。当使用根据本发明的方法时，外表面光滑度等于用具有精细或高分辨率的方法产生的光滑度，然而，不同半球的总打印时间仅增加1.1到1.6倍。观察到的该因素的扩散主要由外壁的厚度引起。本领域技术人员将理解，通过使用根据本发明的方法，可以减少与打印具有光滑度增强的外表面的外壁相关的3D物体的附加打印时间，因此，可以减少具有光滑度增强的外表面的3D物体的总打印时间。

图6A示出了利用本领域已知的用于以粗糙或低分辨率打印的方法获得的另一示例性非限制性3D打印物体1的第一版本。图6B示出了利用根据本发明的方法获得的图6A所示的示例性非限制性3D打印物体1的第二版本。通过比较图6A和图6B，可以清楚地看出，与3D打印物体1的第一版本的外表面3的光滑度相比，3D打印物体1的第二版本具有光滑度增强的外表面3。此外，基于图5所示的比较研究的结果，本领域技术人员将理解，图6B所示的3D打印物体1的第二版本可以以有限的时间代价来打印。基于上述比较研究的结果，打印图6B所示的3D打印物体1的第二版本所需的总时间将比打印图6A所示的3D打印物体1的第一版本所需的总时间长大约1.1-1.6倍。因此，本领域技术人员将理解根据本发明的方法的上述优点。

图7示出了根据本发明的3D打印系统30的示意图。3D打印系统30包括处理单元31，其适于使用根据本发明的方法打印3D物体1的又一示例性非限制性实施例。

本领域技术人员将理解，根据本发明的3D打印系统30的处理单元31可操作地与3D打印系统30的所有相关部件连接，3D打印系统30的所有相关部件为使用基于挤压的增材制造工艺打印3D物体1所需的。因此，根据本发明的3D打印系统30适于为3D物体1提供具有光滑度增强的外表面，同时允许减少与打印具有光滑度增强的外表面相关的附加打印时间。

本发明可概括为涉及一种用于减少与3D物体的外壁2的打印相关的3D物体1的附加打印时间的方法，外壁具有光滑度增强的外表面3。外壁布置成包围3D物体的内部部分8，外壁包括至少一个区域，该区域包括第一外壁部分2a和第二外壁部分2b，第一外壁部分形成具有光滑度增强的外表面，第二外壁部分设置在第一外壁部分和内部部分之间，并提供具有比第一外壁部分更不光滑的外表面的外壁的低分辨率部分。因此，可以减少与打印具有光滑度提高的外表面的外壁相关的附加打印时间。本发明还涉及适于执行根据本发明的方法的3D打印系统30以及具有上述外壁的3D打印物体。

本领域的技术人员将清楚，本发明的范围不限于在前述中讨论的示例，而是在不脱离由所附权利要求限定的本发明的范围的情况下，其若干修改和变型是可能的。特别地，可以进行本发明的各个方面的具体特征的组合，通过添加相对于本发明的另一方面描述的特征，可以进一步有利地增强本发明的一方面。虽然已经在附图和说明书中详细说明和描述了本发明，但是这样的说明和描述仅被认为是说明性或示例性的，而不是限制性的。

本发明不限于所公开的实施例。通过研究附图，说明书和所附权利要求书，本领域技术人员在实践所要求保护的本发明时可以理解和实现所公开实施例的变型。在权利要求中，词语“包括”不排除其它步骤或元件，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。在相互不同的从属权利要求中引用某些措施的事实并不表示不能有利地使用这些措施的组合。权利要求中的任何附图标记不应解释为限制本发明的范围。

附图标记

1 3D(打印)物体

2 3D(打印)物体的外壁

2a 第一外壁部分

2b 第二外壁部分

3 外壁的外表面

4 主层

5 子层

6 挤压原料的第一类型轨道

7 挤压原料的第二类型轨道

8 内部部分

9 3D模型

10 3D模型的切片数量

11 预定切片高度

12 外边界

13 内边界

14 子层堆叠组

15 子层堆叠组的总高度

16 预定主层高度

17 预定子层高度

18 多个子层

19 内边界与外边界之间的距离

20 第一类型轨道的轨道宽度

21 填充结构

22 预定第一轨道高度

23 预定第二轨道高度

24 空隙

30 3D打印系统

31 处理单元

200 流程图

201 流程图中的步骤一

202 流程图中的步骤二

203 流程图中的步骤三

204 流程图中的步骤四

205 流程图中的步骤五

206 流程图中的第一判定步骤

207 流程图中的步骤六

208 流程图中的第二判定步骤

209 流程图中的步骤七

210 流程图中的步骤八

211 流程图中的第三判定步骤

212 流程图中的步骤九

213 流程图中的第四判定步骤

214 流程图中的最后步骤

Claims (12)

1.一种用于减少3D物体(1)的附加打印时间的方法，该附加打印时间与打印3D物体(1)的外壁(2)相关，所述外壁(2)具有光滑度增强的外表面(3)，所述3D物体(1)基于挤压的增材制造工艺通过堆叠主层(4)和子层(5)来制造，所述主层(4)和子层(5)包括挤压原料的轨道(6、7)，所述3D物体(1)包括内部部分(8)，所述外壁(2)布置成包围所述内部部分(8)，所述方法包括：

-获取所述3D物体(1)的3D模型(9)；

-利用预定切片高度(11)对所述3D模型(9)进行切片来确定切片的数量；

-对于多个切片中的至少一个切片(10)：

确定所述3D模型(9)的外边界(12)；

确定在所述外壁(2)中的内边界(13)是否可限定，以将所述外壁分成第一外壁部分(2a)和第二外壁部分(2b)，其中，所述第一外壁部分(2a)布置成在所述外边界(12)与所述内边界(13)之间延伸，并且配置成设有子层堆叠组(14)，所述子层堆叠组(14)具有等于预定切片高度(11)的总高度(15)，以形成光滑度增强的外表面(3)；所述第二外壁部分(2b)布置成在所述内边界(13)与所述内部部分(8)之间延伸，并且配置成设有主层(4)，所述主层(4)具有等于预定切片高度(11)的预定主层高度(16)，其中，

响应于确定所述多个切片中的相应切片(10)的预定切片高度(11)至少与所述预定主层高度(16)一样高，从而确立所述外壁(2)中的内边界(13)为可限定的：

将所述内边界(13)定位在距所述外边界(12)预定距离(19)处，在该距离处，对于所述子层堆叠组(14)的至少一个子层(5)，挤压原料的第一类型轨道(6)的最小轨道数为1；

用具有预定第一轨道高度(22)和轨道宽度(20)的第一类型轨道(6)的一个轨道填充所述第一外壁部分(2a)的至少一个子层(5)，所述预定第一轨道高度(22)等于预定子层高度(17)，且为预定切片高度(11)的一部分，所述轨道宽度(20)具有等于所述第一类型轨道(6)的额定轨道宽度的50％的最小值和等于所述第一类型轨道(6)的额定轨道宽度的200％的最大值，以及

用所述主层(4)填充所述第二外壁部分(2b)；或

响应于确定所述多个切片中的相应切片(10)的预定切片高度(11)小于预定主层高度(16)，从而确立所述外壁(2)中的内边界(13)为不可限定的：

用多个子层(18)填充相应切片的外壁(2)，其中所述多个子层(18)中的每个子层(5)具有预定子层高度(17)，所述预定子层高度为所述预定切片高度(11)的一部分。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述外壁(2)中的内边界(13)可限定的情况下，对于相应的子层，如果从所述外边界(12)到所述内边界(13)的距离(19)小于所述第一类型轨道(6)的轨道宽度(20)的最小值，则省略对所述子层堆叠组(14)相应子层的填充。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在所述外壁(2)中的内边界(13)不可限定的情况下，对于相应的子层，如果从所述外边界(12)到所述内边界(13)的距离(19)大于所述第一类型轨道(6)的轨道宽度(20)的最大值，则所述子层堆叠组(14)的相应子层填充有所述第一类型轨道(6)的至少两个轨道，其中，所述至少两个轨道的总宽度为所述距离(19)。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述外壁(2)中的内边界(13)可限定的情况下，从所述外边界(12)到所述内边界(13)的距离(19)具有等于所述第一类型轨道(6)的额定轨道宽度的50％的最小值和等于所述第一类型轨道(6)的额定轨道宽度的200％的最大值，则允许所述子层堆叠组的每个子层填充有所述第一类型轨道(6)的一个轨道。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其中，用多个子层(18)填充相应切片的外壁(2)还包括：

用挤压原料的所述第一类型轨道(6)的最小数量的轨道填充所述多个子层(18)中的至少一个子层(5)；

其中，所述轨道的最小数量为以下中的一种：

如果所述至少一个子层(5)的外壁(2)具有小于所述第一类型轨道(6)的轨道宽度(20)的最小值的宽度，则所述轨道的最小数量为零，以防止填充所述至少一个子层(5)；

如果所述至少一个子层(5)的外壁(2)的宽度在所述第一类型轨道(6)的轨道宽度(20)的最小值和所述最大值之间范围内，则所述轨道的最小数量为1；以及

如果所述外壁(2)的宽度大于所述第一类型轨道(6)的轨道宽度(20)的最大值，则所述轨道的最小数量为至少两个，其中，所述至少两个轨道具有等于所述外壁(2)的宽度的总宽度。

6.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，用具有等于预定切片高度(11)的预定主层高度(16)的主层(4)填充所述第二外壁部分(2b)包括：

提供挤压原料的第二类型轨道(7)的轨道，其中，所述第二类型轨道的轨道具有等于预定主层高度(16)的预定第二轨道高度(23)。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述内部部分(8)设置有填充结构(21)，所述填充结构(21)包括主层(4)的网格部，所述网格部的主层包括挤压原料的第二类型轨道(7)。

8.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述预定切片高度(11)取决于所述3D物体的期望打印时间。

9.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述预定切片高度(11)取决于所述3D物体(1)的外表面(3)的光滑度期望的增强值。

10.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述第一外壁部分(2a)的子层堆叠组(14)布置成在所述内边界(13)处与所述第二外壁部分(2b)的主层(4)接触。

11.一种3D打印系统(30)，用于基于挤压的增材制造工艺制造的3D物体(1)，所述系统(30)包括处理单元(31)，该处理单元用于执行根据上述权利要求中任一项所述的方法。

12.一种3D打印物体(1)，利用根据权利要求1-10中任一项所述的方法制造。

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