CN115139529B - 3d打印方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种3D打印方法及装置，涉及3D打印技术领域。所述3D打印方法应用于3D打印装置，所述3D打印装置包括成形室、打印单元、进给运动单元，所述3D打印方法包括以下步骤：获取目标零件的结构信息，并根据所述结构信息生成打印路径；基于进给运动单元控制所述打印单元移动至所述成形室的预设初始位置，其中，所述成形室中包括预选固体颗粒；控制所述打印单元挤出预先配置的成形材料，并基于进给运动单元控制所述打印单元根据所述打印路径进行移动，以在所述预选固体颗粒中打印得到目标零件，其中所述目标零件为所述成形材料与所述预选固体颗粒的复合物。本发明将预选固体颗粒作为悬浮支撑材料，大幅拓宽了3D打印方法的适用范围。
Description
技术领域
本发明涉及3D打印技术领域，尤其涉及一种3D打印方法及装置。
背景技术
随着3D打印(增材制造)技术的发展，目前陆续有悬浮3D打印方法问世，其采用具有一定悬浮力的液体中进行悬浮3D打印的方式可以不必打印支撑结构，从而节约了材料和工时。但采用液体悬浮液的3D打印方式会出现打印的两层结构之间难以粘接，从而导致打印失败(上层结构塌陷)或上下层之间粘结力不足，并且该方式难以在零件表面产生多孔结构，现有悬浮3D打印方法存在适用范围较小的问题。
上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种3D打印方法，旨在解决现有悬浮3D打印方法适用范围较小的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供一种3D打印方法，应用于3D打印装置，所述3D打印装置包括成形室、打印单元、进给运动单元，所述3D打印方法包括以下步骤：
获取目标零件的结构信息，并根据所述结构信息生成打印路径；
基于进给运动单元控制所述打印单元移动至所述成形室的预设初始位置，其中，所述成形室中包括预选固体颗粒；
控制所述打印单元挤出预先配置的成形材料，并基于进给运动单元控制所述打印单元根据所述打印路径进行移动，以在所述预选固体颗粒中打印得到目标零件，其中所述目标零件为所述成形材料与所述预选固体颗粒的复合物。
可选地，所述基于进给运动单元控制所述打印单元移动至所述成形室的预设初始位置的步骤之前包括：
将预选固体颗粒装入所述成形室，其中所述预选固体颗粒的用量为根据所述成形室的容积和所述目标零件的尺寸确定，以保证将所述目标零件包封在所述预选固体颗粒中；
将预先配置的成形材料装入所述打印单元。
可选地，所述成形材料包括热熔性有机材料、热熔性无机材料、浆料、粘结剂中的一种或一种以上的材料。
可选地，所述预选固体颗粒为有机材料、无机材料或有机材料与无机材料复合而成的复合材料中的一种或一种以上粉料或粒料。
可选地，所述预选固体颗粒的外形为球形或类球形。
可选地，所述目标零件的成形方式包括熔融挤出成形、浆料直写挤出成形或粘结剂挤出成形。
可选地，当所述目标零件的成形方式为熔融挤出成形或浆料直写挤出成形时，所述预选固体颗粒的粒径小于所述打印单元挤出的成形材料的直径。
可选地，所述预选固体颗粒的比重等于或大于所述成形材料的比重。
可选地，所述打印路径包括沿水平方向的打印路径、沿垂直方向的打印路径、沿预设倾斜角度的倾斜方向的打印路径、空间曲线的打印路径或跳跃隔层的打印路径中的一种或一种以上的组合，以实现空间自由连续或非连续打印。
为实现上述目的，本发明还提供一种3D打印装置，所述3D打印装置包括：成形室，打印单元、存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现如上任一项所述的方法的步骤。
本发明提出的一种3D打印方法，通过获取目标零件的结构信息，并根据所述结构信息生成打印路径；基于进给运动单元控制所述打印单元移动至所述成形室的预设初始位置，其中，所述成形室中包括预选固体颗粒；控制所述打印单元挤出预先配置的成形材料，并基于进给运动单元控制所述打印单元根据所述打印路径进行移动，以在所述预选固体颗粒中打印得到目标零件，其中所述目标零件为所述成形材料与所述预选固体颗粒的复合物。本发明将预选固体颗粒作为悬浮支撑材料，在所述预选固体颗粒中挤出预先配置的成形材料以打印得到目标零件。其一，相对于液体作为悬浮支撑材料而言，具有悬浮力量更大、更稳定的优点，从而可以提高3D打印出的零件结构形态的准确性，并且可以在零件表面产生多孔结构，从而适用于更多种类的零件打印工作。其二，打印路径不受限制，更有利于真正的自由三维打印，可以更加灵活地设计打印路径，提高了打印的便捷性和对于不同种类零件的适用性。其三，由于打印过程是在预选固体颗粒中进行的，因此打印得到的目标零件为所述成形材料和所述预选固体颗粒的复合物。通过成形材料与预选固体颗粒材料进行复合打印，从而实现成形材料和悬浮支撑材料的复合，以满足特定的打印需求，可以适用于更多的应用场景。因此，本发明大幅拓宽了3D打印方法的适用范围。
附图说明
图1为本发明实施例方案涉及的硬件运行环境的装置结构示意图；
图2为本发明实施例方案涉及的3D打印装置的一示例图；
图3为本发明3D打印方法一实施例的流程示意图；
图4为本发明3D打印方法另一实施例的流程示意图。
本申请目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本申请构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本申请的概念。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
随着3D打印(增材制造)技术的发展，通过3D打印制备表面多孔结构，在生物医疗以及工业领域都有重要应用。
材料挤出(Material Extrusion，ME)成形的增材制造技术是一种将原材料加热熔化后通过打印头挤出，在空间层层堆积并固化，最终实现三维模型制造的技术。与其他打印技术相比具有成本低，适用材料种类丰富，无污染，操作简单便捷等优点。在ME打印时，为了保证各种悬臂结构或下层空隙跨度较大结构的顺利成形，就需要添加很多没有功能的支撑结构，这些支撑结构并不是原有零件固有的结构，实际上是一种工艺结构。因此，传统的ME工艺存在的一个很大的问题就是支撑太多，造成材料和工时的浪费。
2015年以来，陆续有进行悬浮3D打印的论文报道和专利，其基本原理是在一种具有一定悬浮力的液体中进行3D打印，其好处是：当打印悬臂结构或下方空隙较大的结构时，由于液体的悬浮支撑作用，可以不必打印支撑结构，就能避免上部结构的塌陷。
但这种液体悬浮液的主要问题是：液体浸润了打印结构的所有表面，当继续打印后续一层结构时，由于悬浮液的隔离作用，导致打印的两层结构之间难以粘接，从而导致打印失败(上层结构塌陷)或上下层之间粘结力不足。另外，以液体作为悬浮液，难以在零件表面产生多孔结构，在骨科永久植入物和体内可降解植入物应用中收到限制，导致周围组织与植入物因为表面光滑难以贴合在一起。
如图1所示，图1为本发明实施例方案涉及的硬件运行环境的装置结构示意图。
如图1所示，3D打印装置可以包括：处理器1001，例如CPU，通信总线1002，用户接口1003，存储器1004，成形室1005，打印单元1006，进给运动单元。其中，通信总线1002用于实现这些组件之间的连接通信。用户接口1003可以包括显示单元比如显示屏(Display)、输入单元比如键盘(Keyboard)或触摸屏，可选用户接口1003还可以包括标准的有线接口、无线接口。存储器1004可以是高速RAM存储器，也可以是非易失性存储器(Non-VolatileMemory)，例如磁盘存储器。存储器1004可选的还可以是独立于前述处理器1001的存储装置。成形室1005，用于容纳预选固体颗粒，以供打印单元1006在预选固体颗粒进行打印工作，所述成形室1005可以是由高分子聚合物、金属、陶瓷、玻璃等有机材料或无机材料，或上述材料的复合材料构建的。打印单元1006，用于打印零件。打印单元1006可以包括挤出单元和打印喷头，所述挤出单元容纳并向所述打印喷头供给成形材料，所述打印喷头用于喷出所述成形材料，从而可以打印出相应的零件。其中所述打印喷头可以是丝材挤出成形3D打印喷头、螺杆挤出3D打印喷头、活塞挤出3D打印喷头等。进给运动单元1007，用于控制所述打印单元的打印喷头与成形室进行相对移动。进给运动单元1007可以包括用于控制所述打印喷头与成形室在水平方向进行相对移动的进给运动单元，以及用于控制所述打印喷头与成形室在垂直方向进行相对移动的垂直进给运动单元。
本领域技术人员可以理解，图1中示出的装置结构并不构成对所述3D打印装置的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。
如图1所示，作为一种计算机存储介质的存储器1005中可以包括3D打印应用程序。
在图1所示的设备中，处理器1001可以用于调用存储器1005中存储的3D打印应用程序，并执行以下操作：
获取目标零件的结构信息，并根据所述结构信息生成打印路径；
基于进给运动单元控制所述打印单元移动至所述成形室的预设初始位置，其中，所述成形室中包括预选固体颗粒；
控制所述打印单元挤出预先配置的成形材料，并基于进给运动单元控制所述打印单元根据所述打印路径进行移动，以在所述预选固体颗粒中打印得到目标零件，其中所述目标零件为所述成形材料与所述预选固体颗粒的复合物。
进一步地，处理器1001可以调用存储器1005中存储的3D打印机的控制应用程序，还执行以下操作：
将预选固体颗粒装入所述成形室，其中所述预选固体颗粒的用量为根据所述成形室的容积和所述目标零件的尺寸确定，以保证将所述目标零件包封在所述预选固体颗粒中；
将预先配置的成形材料装入所述打印单元。
进一步地，所述成形材料包括热熔性有机材料、热熔性无机材料、浆料、粘结剂中的一种或一种以上的材料。
进一步地，所述预选固体颗粒为有机材料、无机材料或有机材料与无机材料复合而成的复合材料中的一种或一种以上粉料或粒料。
进一步地，所述预选固体颗粒的外形为球形或类球形。
进一步地，所述目标零件的成形方式包括熔融挤出成形、浆料直写挤出成形或粘结剂挤出成形。
进一步地，当所述目标零件的成形方式为熔融挤出成形或浆料直写挤出成形时，所述预选固体颗粒的粒径小于所述打印单元挤出的成形材料的直径。
进一步地，所述预选固体颗粒的比重等于或大于所述成形材料的比重。
进一步地，所述打印路径包括沿水平方向的打印路径、沿垂直方向的打印路径、沿预设倾斜角度的倾斜方向的打印路径、空间曲线的打印路径或跳跃隔层的打印路径中的一种或一种以上的组合，以实现空间自由连续或非连续打印。
参照图2，图2为本发明实施例方案涉及的3D打印装置的一示例图。图2为所述3D打印装置在打印过程中的一示例图，该3D打印装置可以包括：水平进给运动系统10，悬浮支撑材料(即所述预选固体颗粒)20，垂直进给运动系统30，机舱40，正在打印的目标零件50，成形室60，打印喷头70，内有成形材料的挤出装置80(打印喷头70与内有成形材料的挤出装置80共同组成挤出成形打印系统)。
所述成形室60、悬浮支撑材料20、挤出成形打印系统(包括内有成形材料的挤出装置80和打印喷头70)、水平进给运动系统10和垂直进给运动系统30位于机舱40内部。所述水平进给运动系统10实现打印喷头70相对于成形室60的水平方向(即X、Y向)移动，所述垂直进给运动系统30实现打印喷头70相对于成形室60的垂直方向(即Z向)移动，从而控制打印喷头70在三维空间内根据打印路径进行移动。
参照图3，图3为本发明3D打印方法第一实施例的流程示意图。
本发明第一实施例提供一种3D打印方法，应用于3D打印装置，所述3D打印装置包括成形室、打印单元和进给运动单元，所述3D打印方法包括以下步骤：
步骤S100，获取目标零件的结构信息，并根据所述结构信息生成打印路径；
具体地，本实施例3D打印方法应用于3D打印装置，所述3D打印装置可以包括成形室和打印单元。其中成形室用于容纳预选固体颗粒，以供打印单元在预选固体颗粒进行打印工作，所述成形室可以是由高分子聚合物、金属、陶瓷、玻璃等有机材料或无机材料，或上述材料的复合材料构建的。打印单元用于打印零件，所述打印单元可以包括挤出单元和打印喷头，所述挤出单元容纳并向所述打印喷头供给成形材料，所述打印喷头用于喷出所述成形材料，从而可以打印出相应的零件。其中所述打印喷头可以是丝材挤出成形3D打印喷头、螺杆挤出3D打印喷头、活塞挤出3D打印喷头等。进给运动单元用于控制所述打印单元的打印喷头与成形室进行相对移动。进给运动单元可以包括用于控制所述打印喷头与成形室在水平方向进行相对移动的进给运动单元，以及用于控制所述打印喷头与成形室在垂直方向进行相对移动的垂直进给运动单元。
所述结构信息可以包括所述目标零件的三维结构模型，进而可以通过获取目标零件的结构信息，获得所述打印零件的三维结构模型，进而基于所述三维结构模型生成所述目标零件对应的打印路径。
步骤S200，基于进给运动单元控制所述打印单元移动至所述成形室的预设初始位置，其中，所述成形室中包括预选固体颗粒；
具体地，在打印开始前，可以通过进给运动单元调节打印单元的打印喷头与成形室的相对位置，以使所述打印喷头移动至所述成形室的预设初始位置。所述预设初始位置为用户预设的打印起始位置，所述预设初始位置可以是打印喷头至距离成形室底面一个层厚的位置，也可以是打印喷嘴处于成形室中下部的某一位置。其中，所述成形室中包括预选固定颗粒，所述预选固体颗粒为有机材料、无机材料或有机材料与无机材料复合而成的复合材料中的一种或一种以上粉料或粒料。具体地，所述预选固体颗粒可以是高分子聚合物粉料或高分子聚合物粒料、淀粉、米粒、盐粒等有机材料粉料或粒料，或陶瓷粉料或陶瓷粒料、金属粉料或金属粒料等无机材料的粉料和粒料以及上述粉料或粒料的复合粉料或复合粒料，用户可以根据具体的打印需求选择所述预选固体颗粒的材料和粒径。所述预选固体颗粒的用量为根据所述成形室的容积和所述目标零件的尺寸确定，以保证将所述目标零件包封在所述预选固体颗粒中。本实施例采用预选固体颗粒作为悬浮支撑材料，相对于液体作为悬浮支撑材料而言，具有悬浮力量更大、更稳定的优点，从而可以提高3D打印出的零件结构形态的准确性，并且可以在零件表面产生多孔结构，从而适用于更多种类的零件打印工作。
步骤S300，控制所述打印单元挤出预先配置的成形材料，并基于进给运动单元控制所述打印单元根据所述打印路径进行移动，以在所述预选固体颗粒中打印得到目标零件，其中所述目标零件为所述成形材料与所述预选固体颗粒的复合物。
具体地，控制所述打印单元挤出预先配置的成形材料，并通过进给运动单元控制所述打印单元根据所述打印路径进行移动，从而在所述预选固体颗粒中打印得到目标零件，其中所述目标零件为所述成形材料与所述预选固体颗粒的复合物。由于所述目标零件的打印过程是在预选固体颗粒中进行的，因此得到的目标零件为所述成形材料与所述预选固体颗粒的复合物，可以选取与成形材料相同材质的固体颗粒，或者其他不影响所述目标零件的性能的材料作为所述预选固体颗粒。此外可以理解的是，本实施例中的预选固体颗粒不仅仅是作为打印过程中的悬浮支撑材料，还作为除成形材料以外，构成目标零件的另一组成材料。因此还可以根据特定打印需求选取预选固体颗粒，其中所述特定打印需求为根据所述目标零件的用途确定，从而实现成形材料和悬浮支撑材料的复合，以满足更多的应用场景。例如，将骨修复陶瓷粉料作为预选固体颗粒，将高分子聚合物作为成形材料，则可以通过在骨修复陶瓷粉料中打印高分子聚合物结构，从而可实现在高分子聚合物支架表面复合生物陶瓷，有利于发挥生物陶瓷具有的骨传导作用，有利于新骨生长。在打印完成后，则可以从成形室中取出打印好的目标零件，并进行去毛刺、打磨等加工处理操作，以完成制造过程。
进一步地，所述打印路径包括沿水平方向的打印路径、沿垂直方向的打印路径、沿预设倾斜角度的倾斜方向的打印路径、空间曲线的打印路径或跳跃隔层的打印路径中的一种或一种以上的组合，以实现空间自由连续或非连续打印。
具体地，由于本实施例中采用了预选固体颗粒作为悬浮支撑材料，而且所述悬浮支撑材料将所述目标零件包封在内。因此，相较于液体作为悬浮支撑材料的3D打印方式，由于预选固体颗粒作为粉料或粒料不像液体那样能完全覆盖在打印出的材料表面，会由于悬浮液的隔离作用，导致打印的两层结构之间难以粘接，从而导致打印失败。因此，后续被挤出的材料可以透过预选固体颗粒之间的空隙粘附在已经打印出来的材料表面，使两层粘结在一起，并且通过预选固体颗粒作为悬浮支撑材料实现对挤出的成形材料的支撑，从而防止塌陷。
本实施例中，根据目标零件的结构信息生成的打印路径可以包括沿水平方向的打印路径、沿垂直方向的打印路径、沿预设倾斜角度的倾斜方向的打印路径、空间曲线的打印路径或跳跃隔层的打印路径中的一种或一种以上的组合，以实现空间自由连续或非连续打印。所述预设倾斜角度可以用户根据目标零件的结构信息设置的角度，例如30°、45°、60度等角度。相较于常规3D打印方式，由于本实施例中打印过程是在预选固体颗粒中进行的，预选固体颗粒可以作为悬浮支撑材料，因此目标零件的打印路径可以无需按照水平方向进行打印，可以沿垂直方向的打印路径、沿预设倾斜角度的倾斜方向的打印路径或者空间曲线的打印路径，在空间内任意一点沿任意方向进行打印。其中所述空间曲线为不在同一平面内的曲线，例如，两个曲面相交可以得到的曲线、螺旋线等。同样由于无需担心之前打印的材料表面无法与后续表面粘接，因此也无需按照先后顺序逐层打印，在打印过程中也可以跳跃至与所述目标零件的当前打印的隔层不相连的另一处地方沿任意方向进行打印。因此，目标零件的打印路径不受限制，从而基于上述打印路径可以实现目标零件在空间内自由连续或非连续地进行打印，提高了3D打印路径设计的自由度，更有利于真正的自由三维打印，提高了打印的便捷性和对于不同种类零件的适用性。
在本发明第一实施例中，通过获取目标零件的结构信息，并根据所述结构信息生成打印路径；基于进给运动单元控制所述打印单元移动至所述成形室的预设初始位置，其中，所述成形室中包括预选固体颗粒；控制所述打印单元挤出预先配置的成形材料，并基于进给运动单元控制所述打印单元根据所述打印路径进行移动，以在所述预选固体颗粒中打印得到目标零件，其中所述目标零件为所述成形材料与所述预选固体颗粒的复合物。本实施例中将预选固体颗粒作为悬浮支撑材料，在所述预选固体颗粒中挤出预先配置的成形材料以打印得到目标零件，其中所述目标零件为所述成形材料与所述预选固体颗粒的复合物。其一，相对于液体作为悬浮支撑材料而言，具有悬浮力量更大、更稳定的优点，从而可以提高3D打印出的零件结构形态的准确性，并且可以在零件表面产生多孔结构，从而适用于更多种类的零件打印工作。其二，打印路径不受限制，更有利于真正的自由三维打印，可以更加灵活地设计打印路径，提高了打印的便捷性和对于不同种类零件的适用性。其三，可以理解的是，本实施例中的预选固体颗粒不仅仅是作为打印过程中的悬浮支撑材料，还作为除成形材料以外，构成目标零件的另一组成材料。因此通过成形材料与作为悬浮支撑材料的预选固体颗粒材料的复合打印可以满足特定的打印需求，可以适用于更多的应用场景。因此，本实施例大幅拓宽了3D打印方法的适用范围。
进一步地，参照图4，图4为本发明3D打印方法另一实施例的流程示意图，在步骤S200之前还包括以下步骤：
步骤S210，将预选固体颗粒装入所述成形室，其中所述预选固体颗粒的用量为根据所述成形室的容积和所述目标零件的尺寸确定，以保证将所述目标零件包封在所述预选固体颗粒中；
步骤S211，将预先配置的成形材料装入所述打印单元。
具体地，在进行打印之前，需要将预选固体颗粒装入所述成形室，并将预先配置的成形材料装入所述打印单元的挤出单元中。所述预选固体颗粒的用量为根据所述成形室的容积和所述目标零件的尺寸确定，以保证将所述目标零件包封在所述预选固体颗粒中，所述目标零件的尺寸可以包括所述目标零件的高度、体积等结构尺寸信息，例如，所述目标零件的高度为20cm，则所述预选固体颗粒在所述成形室内铺设的高度需要等于或大于20cm，以保证将所述目标零件包封在所述预选固体颗粒中。其中，所述成形材料包括热熔性有机材料、热熔性无机材料、浆料、粘结剂中的一种或一种以上的材料。所述成形材料可以是热熔性的高分子聚合物丝材、可熔化的高分子聚合物粉料或粒料等热熔性的有机材料，以及热熔性的金属丝材可熔化的金属粉料或粒料、可熔化的陶瓷粉料或粒料等热熔性无机材料，以及用户根据实际需求将对应粉料或粒料与液态材料混合配置而成的浆料，以及各种粘结剂(如无机粘结剂或有机粘结剂)中的一种，或上述材料中多种的组合。用户可以根据实际需求选取和配置对应的成形材料，然后将预先配置的成形材料装入所述打印单元。
进一步地，所述预选固体颗粒的外形为球形或类球形。
具体地，当所述目标零件的成形方式为熔融挤出成形或浆料直写挤出成形时，所述预选固体颗粒的外形为球形或类球形(即接近于球形的形状，如椭球形、十二面体、二十面体等)，可以提高所述预选固体颗粒的流动性，从而减少所述预选固体颗粒对于打印过程中的影响，提高对于零件结构打印的准确性。
进一步地，所述目标零件的成形方式包括熔融挤出成形、浆料直写挤出成形或粘结剂挤出成形。
具体地，根据所述成形材料的不同，目标零件的成形方式包括熔融挤出成形(即挤出的成形材料为熔融态的无机材料或有机材料或复合材料)、浆料直写挤出成形(即挤出的成形材料为浆料)或粘结剂挤出成型(即挤出的成形材料为无机粘结剂或有机粘结剂)。其中，当所述目标零件的成形方式为粘结剂挤出成形时，预选固体颗粒才是构成所述目标零件的主体的材料，即粘结剂通过粘结所述预选固体颗粒，从而打印出对应的零件。
进一步地，当所述目标零件的成形方式为熔融挤出成形或浆料直写挤出成形时，所述预选固体颗粒的粒径小于所述打印单元挤出的成形材料的直径。
具体地，当所述目标零件的成形方式为熔融挤出成形或浆料直写挤出成形时，所述预选固体颗粒不作为所述目标零件的主体成形材料。因此，所述预选固体颗粒的粒径应小于所述打印单元挤出的成形材料的直径，以免打印喷头在挤出成形材料时由于所述预选固体颗粒的粒径过大，影响与之前打印的材料表面的粘结效果。其中，所述预选固体颗粒的粒径可以小于所述打印单元挤出的成形材料的直径的1/2，以现有常用打印喷头的直径为例，所述预选固体颗粒的粒径可以为0.01-5mm。当所述目标零件的成形方式为粘结剂挤出成形时，则由于所述预选固体颗粒才是构成所述目标零件的主体的材料，因此，所述预选固体颗粒的粒径是根据用户的具体打印需求确定的，与所述打印单元挤出的成形材料的直径不存在关联。
进一步地，所述预选固体颗粒的比重等于或大于所述成形材料的比重。
具体地，当所述目标零件的成形方式为熔融挤出成形或浆料直写挤出成形时，所述预选固体颗粒的比重等于或大于所述成形材料的比重，从而可以避免因作为悬浮支撑材料的预选固体颗粒比重低于打印单元挤出的成形材料的比重，导致挤出的成形材料沉降而造成打印失败的情况。当然，可以理解的是，在不会造成挤出的成形材料沉降的前提下，所述预选固体颗粒的比重也可以小于所述成形材料的比重。当所述目标零件的成形方式为粘结剂挤出成形时，则所述预选固体颗粒才是构成所述目标零件的主体的材料，因此，可无需考虑所述预选固体颗粒的比重。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体/操作/对象与另一个实体/操作/对象区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体/操作/对象之间存在任何这种实际的关系或者顺序；术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者系统中还存在另外的相同要素。
对于装置实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中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。可以根据实际的需要选择中的部分或者全部模块来实现本发明方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。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如上所述的一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，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的方法。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (9)
1.一种3D打印方法，应用于3D打印装置，所述3D打印装置包括成形室、打印单元、进给运动单元，其特征在于，所述3D打印方法包括以下步骤：
获取目标零件的结构信息，并根据所述结构信息生成打印路径；
基于进给运动单元控制所述打印单元移动至所述成形室的预设初始位置，其中，所述成形室中包括预选固体颗粒，其中所述预选固体颗粒为与成形材料相同材质的固体颗粒，不影响所述目标零件性能的材料的固体颗粒，或根据预设特定打印需求选取的除成形材料以外，构成所述目标零件的另一组成材料的固体颗粒；
控制所述打印单元挤出预先配置的成形材料，并基于进给运动单元控制所述打印单元根据所述打印路径进行移动，以在所述预选固体颗粒中打印得到目标零件，其中所述目标零件为所述成形材料与所述预选固体颗粒的复合物；
所述目标零件的成形方式包括熔融挤出成形、浆料直写挤出成形或粘结剂挤出成形。
2.如权利要求1所述的3D打印方法，其特征在于，所述基于进给运动单元控制所述打印单元移动至所述成形室的预设初始位置的步骤之前包括：
将预选固体颗粒装入所述成形室，其中所述预选固体颗粒的用量为根据所述成形室的容积和所述目标零件的尺寸确定，以保证将所述目标零件包封在所述预选固体颗粒中；
将预先配置的成形材料装入所述打印单元。
3.如权利要求1所述的3D打印方法，其特征在于，所述成形材料包括热熔性有机材料、热熔性无机材料、浆料、粘结剂中的一种或一种以上的材料。
4.如权利要求1所述的3D打印方法，其特征在于，所述预选固体颗粒为有机材料、无机材料或有机材料与无机材料复合而成的复合材料中的一种或一种以上粉料或粒料。
5.如权利要求4所述的3D打印方法，其特征在于，所述预选固体颗粒的外形为球形或类球形。
6.如权利要求5所述的3D打印方法，其特征在于，当所述目标零件的成形方式为熔融挤出成形或浆料直写挤出成形时，所述预选固体颗粒的粒径小于所述打印单元挤出的成形材料的直径。
7.如权利要求6所述的3D打印方法，其特征在于，所述预选固体颗粒的比重等于或大于所述成形材料的比重。
8.如权利要求1至7中任一项所述的3D打印方法，其特征在于，所述打印路径包括沿水平方向的打印路径、沿垂直方向的打印路径、沿预设倾斜角度的倾斜方向的打印路径、空间曲线的打印路径或跳跃隔层的打印路径中的一种或一种以上的组合，以实现空间自由连续或非连续打印。
9.一种3D打印装置，其特征在于，所述3D打印装置包括：成形室，打印单元、存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现如权利要求1至8中任一项所述的方法的步骤。
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|---|---|---|---|---|
| CN104723559A (zh) * | 2015-03-11 | 2015-06-24 | 深圳市七号科技有限公司 | 一种fdm 3d打印方法、打印机及其支撑装置 |
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