CN117382170A - 3d打印装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了一种3D打印装置及方法。该装置包括：物料挤出部，包括物料容腔以及与物料容腔连通的挤出口，物料容腔用于容纳熔融态的物料，挤出口用于将熔融态的物料挤出至当前打印层；开关组件，与挤出口耦合，开关组件用于对挤出口所在的区域进行通断控制，以形成宽度连续可调的多个子挤出口。通过这样的设置可以使熔融态的物料通过多个子挤出口一次性的对包括多个分区的当前打印层进行填充打印，从而在保证打印精度的同时可以进一步的提高打印效率。

Description

3D打印装置及方法
技术领域
本申请涉及3D打印领域，具体涉及一种3D打印装置及方法。
背景技术
基于材料挤出的3D打印技术，如熔融沉积成型(fused deposition modeling，FDM)技术，作为一种常用的3D打印技术，通常需要将物料加热至熔融态(或半流动态)，并将融融态的物料从3D打印装置的挤出口挤出到成型台上，以使物料在成型台上逐层沉积并凝固在一起形成3D打印件。
传统的基于材料挤出的3D打印技术中，3D打印装置中通常设置有口径固定的挤出口，这类打印装置无法兼顾打印精度和打印效率。虽然在相关技术对该类打印装置做出了一些改进，使得其能兼顾打印效率和打印精度，但是改进后的3D打印装置的打印效率仍然存在进一步的提升空间。
发明内容
本申请提供一种3D打印装置及方法，以在保证打印精度的同时进一步的提高打印效率。
第一方面，提供一种3D打印装置，包括：物料挤出部，包括物料容腔以及与所述物料容腔连通的挤出口，所述物料容腔用于容纳熔融态的物料，所述挤出口用于将所述熔融态的物料挤出至当前打印层；开关组件，与所述挤出口耦合，所述开关组件用于对所述挤出口所在的区域进行通断控制，以形成宽度连续可调的多个子挤出口，所述多个子挤出口用于同时对所述当前打印层中的多个分区进行打印，且在利用所述多个子挤出口对所述多个分区进行打印的过程中，所述多个子挤出口中的每个子挤出口的宽度随所述每个子挤出口对应的分区的轮廓线的变化而变化，从而将所述熔融态的物料一次性填充至所述每个子挤出口对应的分区中。
第二方面，提供一种3D打印装置，包括：物料挤出部，包括物料容腔以及挤出口，所述物料容腔用于容纳熔融态的物料，所述挤出口包括与所述物料容腔连通的多个孔道，所述多个孔道用于将所述熔融态的物料挤出至当前打印层，且所述多个孔道中的相邻孔道挤出的物料在所述当前打印层相互融合在一起；开关组件，与所述多个孔道耦合，所述开关组件用于对所述多个孔道进行通断控制，以形成宽度连续可调的多个子挤出口。
第三方面，提供一种3D打印方法，包括：将熔融态的物料输送至挤出口，以对当前打印层进行打印；在打印所述当前打印层的过程中，利用开关组件对所述挤出口所在的区域进行通断控制，以形成宽度连续可调的多个子挤出口，所述多个子挤出口用于同时对所述当前打印层中的多个分区进行打印，且在利用所述多个子挤出口对所述多个分区进行打印的过程中，所述多个子挤出口中的每个子挤出口的宽度随所述每个子挤出口对应的分区的轮廓线的变化而变化，从而将所述熔融态的物料一次性填充至所述每个子挤出口对应的分区中。
第四方面，提供一种3D打印方法，包括：将熔融态的物料输送至挤出口，以利用所述挤出口中的多个孔道对当前打印层进行打印，其中，所述多个孔道中的相邻孔道挤出的物料在所述当前打印层相互融合在一起；在打印所述当前打印层的过程中，利用开关组件对所述多个孔道进行通断控制，以形成宽度连续可调的多个子挤出口。
本申请实施例所提供的3D打印装置中设置有与挤出口耦合的开关组件，该开关组件可以对挤出口所在的区域进行通断控制以形成宽度连续可调的多个子挤出口。通过这样的设置可以使熔融态的物料通过多个子挤出口一次性的对包括多个分区的当前打印层的进行填充打印，从而在保证打印精度的同时可以进一步的提高打印效率。
附图说明
图1为本申请实施例中的打印层的结构示意图。
图2为本申请实施例提供的一种3D打印装置的结构示意图。
图3为图2中的3D打印装置在另一种打印状态时的结构示意图。
图4为本申请实施例提供的另一种3D打印装置的结构示意图。
图5为图4中的3D打印装置在另一种打印状态时的结构示意图。
图6为本申请实施例提供的3D打印装置在对图1中的打印层进行打印时的结构示意图。
图7为本申请实施例提供的3D打印装置的俯视结构示意图。
图8为本申请实施例提供的另一3D打印装置的俯视结构示意图。
图9为本申请实施例提供的一种3D打印装置中的开关组件的结构示意图。
图10为本申请实施例提供的另一种3D打印装置中的开关组件的结构示意图。
图11为本申请实施例提供的又一种3D打印装置中的开关组件的结构示意图。
图12为本申请实施例提供的又一种3D打印装置的结构示意图。
图13为本申请实施例提供的又一种3D打印装置中的开关组件的结构示意图。
图14为本申请实施例提供的一种3D打印方法的流程示意图。
图15为本申请实施例提供的另一种3D打印方法的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。应理解，在附图中使用相同或相似的附图标记来表示相同或相似的构件。
基于材料挤出的3D打印技术(如FDM技术)中，3D打印装置可以适应的打印材料的种类非常宽，且其所打印的打印件的尺寸范围也可以具有很大的跨度，因此被广泛的应用于3D打印领域中。该类3D打印装置需要将熔融态的物料通过其挤出口(或称出料口)挤出至成型台上，以使熔融态物料在成型台上逐层沉积并凝固而形成3D打印件，因此，该3D打印装置通常需要对3D打印件进行分层打印。
一般而言，在使用3D打印装置进行每一层的打印时，相当于对每一层的填充区域进行填充。由于传统的3D打印装置通常设置有口径固定的挤出口，在使用该打印装置对多个分层中的其中一层进行打印时，通常需要将该层的填充区域划分为紧密排布的多个道次(其每个道次的尺寸与挤出口的口径匹配)，并控制打印装置按照一定的顺序依次填充该多个道次。也就是说，使用该打印装置对其中一层进行打印时，一般需要往返多次才能实现对该层填充区域的完整填充。
如果3D打印装置的挤出口的口径较小，则其在单位时间内挤出的物料量少，在对其中一层进行打印时，需要填充的道次就会越多，打印精度相对较高的同时打印效率会相对较小。反之，如果3D打印装置的挤出口的口径较大，则其在单位时间内挤出的物料量多，在对同一个其中一层进行打印时，需要填充的道次就会越少，的打印效率相对较高同时打印精度会相对较低。因此，传统的3D打印装置无法兼顾打印精度和打印效率。
为了满足工业对于高效率和高精度打印的需求，一种可行的实现方式是将3D打印装置的挤出口改进为可变宽度的挤出口。这种3D打印装置的挤出口具有一维条带特征，即，挤出口在一维方向的宽度远大于其在另一维度上的宽度，并且挤出口可以在该一维方向上随着当前打印层的填充区域的轮廓的变化而改变宽度，以形成可变宽度的挤出口。该实现方式的具体描述例如可以参见PCT/CN2017/083647和PCT/CN2020/120405。
由于该改进的3D打印装置中的挤出口的宽度是可变的，因此，在打印层为单连通区域时，使用该类3D打印装置可以一次性的完整填充或者部分填充整个打印层，从而兼顾了打印精度和打印效率。
但是，对于一些结构复杂的3D打印件(例如，3D打印件中具有镂空结构)而言，使用上述改进的3D打印装置进行打印时的打印效率依然较低。下面结合图1示例性地对此进行简要说明。
如前所述，3D打印件可以具有多个打印层。图1所示出的为多个打印层中的其中一层。如图1所示，该打印层1中具有多个镂空区域a。在使用改进3D打印装置对图1所示的打印层进行打印时，需要该3D打印装置沿着图1中的打印方向y往复运动6次才能使挤出口挤出的熔融态物料完整的填充该打印层的填充区域。
由于镂空区域a的存在，该打印层成为了一种形状复杂的打印层。当然，形状复杂的打印层不仅仅包括图1所示的打印层，也可以是其他形式，只要打印层的填充区域不连续，或者填充区域中具有隔离空间，该打印层都可以被认为是形状复杂的打印层。
例如，该形状复杂的打印层可以为多连通区域的填充区域。或者，该形状复杂的打印层的填充区域可以是一种具有多道分离结构的区域，即，在打印装置的一次运动轨迹(例如，运动轨迹可以是一条直线)下，该填充区域可以具有多个分区(分区还可称为填充道)，该多个分区可以是相互分离(或称隔离)的。
在一些实施例中，在打印装置的一次运动轨迹下，其填充区域的多个分区的数量是可以变化的。例如，在整个打印轨迹中的部分打印轨迹下，该多个分区可以是互相分离的，而在另外一部分打印轨迹下，该多个分区中的部分或者全部可以形成为一个分区。应理解，不管是多个分区形成的一个分区还是多个分区中的每个分区，单个分区均可指单连通区域，且单个分区的轮廓线的宽度均是可以沿着打印方向(如图1所示的打印方向y)动态变化的。
本申请实施例中所述的结构复杂的3D打印件可以是指包括上述形状复杂的打印层的3D打印件。并且，结构复杂的3D打印件中可以包括一层或者多层形状复杂的打印层。
如前所述，对于图1所示的打印层，相关技术中的改进3D打印装置况且需要往复运动6次才能完整的填充该打印层的填充区域。如果3D打印件包括多层形状复杂的打印层，则使用该改进3D打印装置打印该3D打印件时，其打印效率依然较低，需要被进一步地提升。
有鉴于此，本申请实施例提供一种3D打印装置。下面结合图2对本申请实施例中的3D打印装置2进行详细的说明。应理解，本申请实施例提及的3D打印装置指的是用于3D打印的装置。该3D打印装置可以指整个3D打印系统，也可以指3D打印系统中的部分组件。例如该3D打印装置可以指3D打印头。
参见图2，3D打印装置2可包括物料挤出部3和开关组件4。
物料挤出部3包括物料容腔31以及挤出口32。物料容腔31中可设置有物料入口33。物料容腔31可通过物料入口33接收熔融态物料，并用于容纳熔融态的物料。挤出口32与物料容腔31连通，且挤出口32用于将物料容腔31内的熔融态的物料挤出至当前打印层。
当前打印层可以位于成型台(图2中未示出)上。本申请实施例中的当前打印层是指在打印3D打印件的过程中正在打印的一层打印层，例如可以是前文所述的形状复杂的打印层。
继续参见图2，开关组件4与挤出口32耦合，以对挤出口32所在的区域进行通断控制，使其形成宽度连续可调的多个子挤出口34。
应理解，开关组件4与挤出口32耦合是为了对挤出口32所在的区域进行通断控制，该通断控制可以理解为是阻断或者不阻断熔融态物料从挤出口32所在的区域中的部分区域中挤出，从而使得挤出口32所在的区域形成为宽度连续可调的多个子挤出口34。其中，被阻断的部分区域的具体位置是可以随着开关组件4的控制而动态调整的。
换句话说，开关组件4在对挤出口32所在的区域未产生通断控制时，即开关组件4未阻断熔融态物料从挤出口32挤出时，挤出口32可以是单个挤出口的形式。该挤出口32可以是前文所述的宽度连续可调的挤出口，使用该挤出口32可以一次性的完成对形成为单个分区的当前打印层的打印。
在一些实施例中，开关组件4也可以理解为能够对挤出口32所在的区域进行遮挡的遮挡件。
在开关组件4在对挤出口32所在的区域产生通断控制时，即开关组件4阻挡了熔融态物料从挤出口32所处区域中的部分区域挤出时，挤出口32则变成多个子挤出口34，且每个子挤出口的宽度都是连续可调的。有鉴于此，使用该多个子挤出口可以一次性的完成对包括多个分区的当前打印层的打印。
需要说明的是，本申请实施例中所述的一次性的完成对当前打印层的打印可以是指3D打印装置在沿着打印方向进行填充打印时，只需要沿着单一方向进行一次运动就可以完成当前打印层的填充区域的填充。例如，控制打印装置沿着直线方向运动一次，就可以一次性的完成对前文所述的形状复杂的当前打印层的填充打印。
本申请实施例通过为3D打印装置设置与挤出口耦合的开关组件，并通过开关组件对挤出口进行通断控制以使挤出口形成为宽度连续可调的多个子挤出口，可使熔融态的物料通过多个子挤出口一次性的对包含多个分区的当前打印层进行填充打印，从而保证了打印精度的同时进一步地提高了打印效率。
通过前文可知，如果当前打印层为前文所述的形状复杂的打印层，那么该当前打印层中应包括多个分区，且该多个分区中的每个分区的轮廓线的宽度都是可以沿着打印方向而变化的。在对该当前打印层进行打印时，可以利用上文所述的多个子挤出口34同时对当前打印层的多个分区进行打印。在打印过程中，多个子挤出口34中的每个子挤出口的宽度可以随每个子挤出口对应的分区的轮廓线的变化而变化，从而将熔融态的物料一次性地填充至每个子挤出口对应的分区中。
由此可知，在当前打印层为前文所述的形状复杂的打印层时，使用本申请实施例的3D打印装置可以一次性的完成对当前打印层的打印，打印的效率提高效果尤为明显。
本申请实施例中对于挤出口32的结构以及开关组件4与挤出口32耦合的形式不做具体的限定，只要开关组件4与挤出口32的相关设置可以使开关组件4对挤出口32所在的区域实现通断控制即可。
作为一种实现方式，如图2和图3所示，挤出口32可以为通过两个活块321之间的间隙而形成的挤出口。这两个活块321可以沿着图2和图3中的x方向相对滑动，从而可使两个活块321之间的间隙得以改变，以形成宽度可变化的挤出口32。
相应地，开关组件4可以设置为与该挤出口32耦合，以控制该挤出口32的部分区域被阻断以及另一部分区域不被阻断，从而使该挤出口32形成为连续可调的多个子挤出口34。其中，被阻断或不被阻断的部分区域均是可以根据开关组件4的控制而动态变化的。
示例性地，如图2和图3所示，开关组件4可以设置为包括多个宽度可变化且位置可移动的滑块开关(如图2和图3所示的41、42和43)。开关组件4与挤出口32的耦合方式可以是每个滑块开关能够受开关组件4的控制而在任意时间并采用任意运动方式运动至挤出口32所在区域的相应位置中。例如，该每个滑块开关可以设置在物料容腔31内，并可以在开关组件4的控制下沿着图2和图3中的x方向相对滑动和/或沿着图2和图3中的y方向移动。
在图2中，开关组件4可以控制滑块开关42和43运动至挤出口32所在的区域中，而控制滑块开关41远离挤出口32所在的区域，从而可以使挤出口32被隔离为如图2所示的三个子挤出口34。由于滑块开关42和43还可以沿着图2中的x方向相对滑动，从而可以任意改变三个子挤出口34的宽度。相应地，此时的打印状态下的当前打印层中的填充区域可以包括三个互相分离的分区。
类似地，在图3中，开关组件4可以控制滑块开关41、42和43运动至挤出口32所在的区域中，从而使得挤出口32被隔离为如图3所示的四个子挤出口34。而此时的打印状态下的当前打印层中的填充区域可以包括四个互相分离的分区。图3和图2可以是打印装置2在打印当前打印层时沿着打印方向在不同的打印位置处的打印状态。
通过上述耦合方式，可以使得挤出口所在的区域形成为多个宽度连续可调的子挤出口34，且子挤出口的数量以及子挤出口的宽度均可以通过开关组件4的控制而灵活变化，从而可使熔融态的物料通过该多个子挤出口一次性的对形状复杂的当前打印层进行填充打印，从而保证了打印精度的同时进一步地提高了打印效率。
作为另一种实现方式，如图4和图5所示，挤出口32可以包括多个孔道35。该多个孔道35与物料容腔31连通，用于将熔融态的物料挤出至当前打印层。该多个孔道35可以紧密排布，使得其相邻孔道挤出的物料在当前打印层互相融合在一起。也就是说，挤出口32被分割成多个孔道35，例如被分割成具有至少一排孔道35的孔道阵列，孔道之间通过孔壁(或隔板)相隔。该多个孔道35的排布使得当多个孔道各自挤出的熔融态物料被涂覆在成型台上时，可以通过自重流淌形成连接的打印层(或称涂层)。当然，在一些实施例中，还可以采用辅助手段(如机械碾压的方式)确保该多个孔道35挤出的物料的融合效果。
本申请对多个孔道35的排布方式不做具体的限定，只要相邻孔道35挤出的物料可以在当前打印层互相融合在一起即可。在一些实施例中，如图7所示，该多个孔道35可以一排且互相紧密靠近的形式排布。在另一些实施例中，如图8所示，多个紧密排布的孔道35可以以交错排列且互相紧密靠近的方式进行排布，以便于有效利用容纳空间。
相应地，开关组件4可以设置为与多个孔道35耦合，以对多个孔道35进行通断控制而形成宽度连续可调的多个子挤出口34。换句话说，开关组件4可以控制多个孔道35中的部分孔道能够挤出熔融态物料，开关组件也可以控制多个孔道35中的部分孔道35不能挤出熔融态物料。可以挤出熔融态物料且彼此相邻的孔道可以形成一个子挤出口34。相邻的子挤出口34之间可以被不能挤出熔融态物料的孔道35隔离开。形成挤出口32的多个孔道35中的每个孔道35是否可以挤出熔融态物料可根据开关组件4的控制而动态变化。
示例性地，如图4和图5所示，其耦合方式可以是，将开关组件4设置为与多个孔道35一一对应的多个开关(如图4和图5所示的A、B、C、D、E和F)，每个开关可以对对应的孔道进行单独的控制。
在图4中，开关组件4可以控制开关A、D和F打开(即远离孔道35)，而控制其他几个开关关闭(即抵接孔道35)，从而可以使得多个孔道35形成为如图4所示的三个子挤出口34。相应地，此时的打印状态下的当前打印层中的填充区域可以包括三个互相分离的分区。
在图5中，开关组件4可以控制开关C、D和F打开，而控制其他几个开关关闭，从而可以使得多个孔道35形成为如图5所示的两个子挤出口34。而此时的打印状态下的当前打印层中的填充区域可以包括两个互相分离的分区。图4和图5可以是打印装置2在打印当前打印层时沿着打印方向在不同的打印位置处的打印状态。
在上述耦合方式中，可以通过控制形成为挤出口32的多个孔道35中的部分孔道是否挤出熔融态物料而使多个孔道35形成为多个宽度连续可调的子挤出口34。其子挤出口的数量以及子挤出口的宽度均可以通过开关组件4的控制而变化，从而可使熔融态的物料通过该多个子挤出口一次性的对形状复杂的当前打印层进行填充打印，从而保证了打印精度的同时进一步地提高了打印效率。
另外，相较于前文所述的方案，该方案可以避免在改变挤出口32及各个子挤出口34的宽度时，挤出位置宽度变窄对熔融态物料形成挤压而造成的物料流速不均匀的现象，可以有效提高3D打印件的打印质量。
如前所述，形状复杂的当前打印层所对应的填充区域内的多个分区的数量是可以变化的。例如，如图1所示，当前打印层1中的多个分区包括第一分区11和第二分区12。在部分填充区域(虚线区域10)中，第一分区11和第二分区12具有相互隔离的区域；在部分填充区域(虚线区域10下方的区域10’)，第一分区11和第二分区12具有相互连通的区域。虚线区域10和区域10’可以沿着打印方向y紧密排布。其中，在区域10，第一分区11和第二分区12是互相隔离的，即第一分区11和第二分区12一共形成2个分区；在区域10’，第一分区11和第二分区12则合并为一个分区13。
对应于此，如图6所示，本申请实施例中的3D打印装置2中的多个子挤出口34可包括第一子挤出口341和第二子挤出口342。在使用3D打印装置2对区域10进行打印时，开关组件4的通断控制使得第一子挤出口341和第二子挤出口342分别用于打印相互隔离的第一分区11和第二分区12。而在对区域10’进行打印时，开关组件4的通断控制使得第一挤出口341和第二挤出口342合并为一个子挤出口343，且该合并后的子挤出口343可用于对由第一分区11和第二分区12合并的分区13进行打印。
通过对当前打印层的不同填充区域进行开关组件4的不同通断控制，可以使3D打印装置进一步的实现一次性的完成对更为复杂的当前打印层的打印(例如，对如图1所示的当前打印层只需要打印装置2沿着打印方向y运动一次就可打印完成)，从而有效提高包含此类打印层的3D打印件的打印效率。
如前所述，开关组件4的结构形式可以有多种，本申请实施例对此不做具体限定。
作为一种实现方式，如图7-图12所示，开关组件4可包括多个片状开关44。该多个片状开关44在温度和/或电压的控制下可以产生形变，从而对挤出口32所在的区域(例如孔道35)进行通断控制。例如，如图7-8所示，可以对应于每一个孔道35设置相应的片状开关44，以通过每个片状开关的形变单独控制熔融态物料是否可从对应的孔道35中挤出。片状开关44的宽度通常可以设置为大于等于孔道35的孔径，以在开关组件4对每个孔道35进行阻断控制时，阻断效果更好。该多个片状开关44可包括以下中的一种或多种：压电双晶片、双金属片、受热膨胀的金属电阻、记忆合金。
下面结合图9-图11，详细介绍包括多个片状开关44的开关组件4的设置方式。应理解，图9和图10中仅以一个片状开关为例，其他片状开关的设置方式与图示的方式是相同的。
如图9所示，片状开关44可设置在物料容腔31的内部，并设置在挤出口32所在的区域(例如孔道35)的上方。具体地，该片状开关44可以以悬臂的方式固定一端，另一端则在温度和/或电压的控制下可以产生形变以抵接或者远离挤出口32所在的区域。
例如，当片状开关44为压电双晶片时，可以控制上下两片压电晶片的电场方向，使压电双晶片实现向下弯曲时使挤出口32所在的区域(例如孔道35)封闭(如图9(a)所示)；而在反向电场下，使压电双晶片实现向上弯曲时使挤出口32所在的区域(例如孔道35)打开(如图9(b)所示)。
同理，当片状开关44为双金属片时，可以使主动层位于下方，并通过控制其在较低的温度状态下，带动被动层向下弯曲，而在较高的温度状态下，带动被动层向上弯曲。
又或者，当片状开关44为受热膨胀的金属电阻或记忆合金时，其均可以采用上述方式进行设置。不同的是，该种形式的片状开关44只需要一层即可实现对挤出口32所在区域进行通断控制。
记忆合金还可以称为形状记忆合金，形状记忆合金片可以在一个给定的温度下为平直状态，而在另外一个给定的温度下为向下弯曲的状态。因此，控制其给定的温度则可以使形状记忆合金片带动传动件上下运动。在本申请实施例中，可以通过不同的方式来对记忆合金进行温度的控制，例如，可以对其进行通电，利用电阻加热来控制温度，或者还可以采用辐射加热的方式来控制温度。
受热膨胀的金属电阻还可以称为高热膨胀系数金属电阻片。在常温下，受热膨胀的金属电阻处于平直状态，而在对该受热膨胀的金属电阻进行通电加热时，其热膨胀的作用可使其长度增加，从而使得金属电阻向下弯曲。因此，控制其温度则可以使受热膨胀的金属电阻带动传动件上下运动。
在另一些实施例中，如图10和图11所示，片状开关44可设置在物料容腔31的外部，且片状开关44与传动件45相连(应理解，多个片状开关则可分别与多个传动件45相连)，并通过传动件45对挤出口32所在的区域(例如多个孔道35)进行通断控制。
传动件45可以是阻挡块，其可被设置在挤出口32所在的区域的上方，并可根据片状开关44的形变而上下运动。传动件45的一端与片状开关44固定连接，另一端可以抵接或者远离挤出口32所在的区域(例如，孔道35)。本申请实施例对传动件45的形状和材料不做具体的限定。例如传动件45可以是方形或者圆柱形阻挡块，其材料可以是金属、陶瓷或者其他可以耐受高温并有足够强度的材料。
本申请实施例对片状开关44在物料容腔31外部的固定方式不做具体的限定。作为一种实现方式，如图10所示，片状开关44可以以悬臂固定的方式固定在物料容腔31的外部。具体地，其一端固定，另一端则与传动件45连接，且另一端在温度和/或电压的控制下可以产生形变以带动传动件45上下运动而抵接或者远离挤出口32所在的区域。
例如，当片状开关44为压电双晶片或双金属片时，可以控制上下两片压电晶片的电场方向或者双金属片的温度，使压电双晶片或者双金属片实现向下弯曲时使挤出口32所在的区域(例如孔道35)封闭(如图10(a)所示)；而在压电双晶片或者双金属片实现向上弯曲或者平直状态时使挤出口32所在的区域(例如孔道35)打开(如图10(b)所示)。
又或者，片状开关44同样可采用受热膨胀的金属电阻或记忆合金，且固定方式与上文相同。不同的是，该种形式的片状开关44可以只需要一片即可实现对挤出口32所在区域进行通断控制，从而可以简化片状开关44的结构。
作为另一种实现方式，如图11所示，片状开关44可以以两端固定的方式固定在物料容腔31的外部。例如，可以将片状开关44的两端固定在物料容腔的外部的支架36上。传动件45可以位于其两端之间的任意位置。片状开关44可以在温度和/或电压的控制下可以产生形变，以带动传动件45上下运动而抵接或者远离挤出口32所在的区域。
例如，当片状开关44为压电双晶片或双金属片时，可以控制上下两片压电晶片的电场方向或者双金属片的温度，使压电双晶片或者双金属片实现向下弯曲时使挤出口32所在的区域(例如孔道35)封闭(如图11(a)所示)；而在压电双晶片或者双金属片实现向上弯曲或者平直状态时使挤出口32所在的区域(例如孔道35)打开(如图11(b)所示)。
又或者，片状开关44同样可以采用受热膨胀的金属电阻或记忆合金，其固定方式与上文相同。不同的是，该种形式的片状开关44可以只需要一片。
通过将片状开关44设置在物料容腔31的外部，可以隔离控制片状开关44时的电压或者温度对物料容腔31中的熔融态物料的影响，从而可以更精确的对熔融态物料的温度以及片状开关进行控制。
在一些实施例中，如图12所示，3D打印装置2还可以包括送料系统5。送料系统5通过物料入口33与物料容腔31连通，用于加热熔融态的物料和将熔融态的物料输送至物料容腔31中。该送料系统23例如可以为无极变流量送进装置，但是本申请实施例对送料系统23的形式不做具体的限定。例如送料系统5可以是螺杆式的送料系统、气压式的送料系统或者活塞式的送料系统。
当送料系统5为气压式的送料系统时，如图12所示，通常需要为气压送料系统5设置气压输送管路51和与气压输送管路51连通的物料储箱52。
有鉴于此，物料容腔31中也存在上述压力气体形成的压力。此压力可能会对上述传动件45的运动造成一定的影响。例如，在片状开关44位于物料容腔31的外部时，片状开关44会带动传动件45向下运动以关闭对应的挤出口32区域(例如，孔道35)时，此压力会给传动件45向上的阻力，这可能会使得开关组件4需要给予传动件45较大的力才能实现关断，从而给开关组件4的通断控制造成一定的困难。
为了解决以上问题，如图12所示，本申请实施例中的3D打印装置2还包括控制腔室6。多个片状开关44位于控制腔室6内，且气压输送管路51可设置为与控制腔室6气体连通。通过该设置，可使压力气体的压力也作用于片状开关44和传动件45所处的空间中，从而与挤出熔融物料的压力形成压力平衡。这样在片状开关44带动传动件45上下运动而实现开关组件4的通断控制时，可以不受挤压熔融物料的力的影响，能够保证控制精度并减少通断控制的功耗。
需要说明的是，上文是以3D打印装置2采用气压送料系统5为例进行说明的，但本申请实施例不限于此，只要能够利用一气压输送管路51形成物料储箱52和控制腔室6之间的气压平衡即可。例如，3D打印装置2仍然可以采用螺杆等其他送料方式，然后，可以引入气压输送管路51，以连通送料路线上的物料储箱52以及开关组件所在的控制腔室6，从而使得二者之间形成气压平衡，降低控制腔室6内的开关组件的通断控制难度和功耗。
可以理解，本申请实施例并不仅仅限定开关组件4为必须包括片状开关44的结构，其还可以是其他结构形式。例如，开关组件4可包括以下开关中的一种或多种：电机控制的开关、气压控制的开关、液压控制的开关。
电机控制的开关可以是电机的电机轴，或者电机的电机轴所带动的传动件。由于电机轴可以在电机通电时进行直线运动，因此，只需要控制电机的正反转就可以控制电机轴或者传动件抵接或者远离挤出口32所在的区域。该方式特别适合包括多个孔道35的挤出口32的通断控制，特别是对于孔道35的孔径较大，孔数较小的情况。
气压或液压控制的开关可以是气压或液压控制的活塞，或者是活塞所带动的传动件。如图13所示，为开关组件4包括气压或液压控制的开关的一种可能的实现方式。应理解，图13中仅以开关组件包括一个气压或液压控制的开关为例，其他气压或液压控制的开关的设置方式与图示的方式是相同或相似的。
参见图13，开关组件4可包括腔室46和活塞47。腔室46位于物料容腔31的上方，且其上可具有对外连接的第一接口461和第二接口462，例如可以与气压装置或者液压装置连接。活塞47位于腔室46中，当第一接口为进口，第二接口为出口时，活塞47可向上运动，当第一接口为出口，第二接口为进口时，活塞可向下运动以对挤出口32所在的区域进行通断控制。可以理解的是，进口的压力大于出口的压力。在一些实施例中，活塞47的下方还可以设置有传动件48，当活塞47上下运动时可以带动传动件48一起上下运动以实现通断控制。当然，传动件48可以是活塞47的一部分，即传动件48和活塞47为一体设置，本申请实施例对传动件48的有无不做限定，只要活塞47的上下运动可以实现开关组件4的通断控制即可。
在一些实施例中，前文提到的多个孔道以及与该多个孔道一一对应的多个开关可以替换为多个打印头，多个打印头可以紧密排列在一起，以实现前文提到的功能。
上文结合图1-图13，详细描述了本申请的3D打印装置的实施例。下面结合图14和图15，描述本申请的方法实施例。应理解，该方法可以由上文提及的3D打印装置执行，因此，未详细描述的部分可以参见上文。
参见图14，本申请实施例提供的一种3D打印方法可包括步骤S1410和步骤S1420。
在步骤S1410，将熔融态的物料输送至挤出口，以对当前打印层进行打印。
在步骤S1420，在打印当前打印层的过程中，利用开关组件对挤出口所在的区域进行通断控制，以形成宽度连续可调的多个子挤出口。
可选地，多个子挤出口用于同时对当前打印层中的多个分区进行打印，且在利用多个子挤出口对多个分区进行打印的过程中，多个子挤出口中的每个子挤出口的宽度随每个子挤出口对应的分区的轮廓线的变化而变化，从而将熔融态的物料一次性填充至每个子挤出口对应的分区中。
可选地，多个分区包括第一分区和第二分区，多个子挤出口包括第一子挤出口和第二子挤出口，图14的方法还包括：分别利用第一子挤出口和第二子挤出口打印第一分区和第二分区，其中，第一分区和第二分区具有相互隔离的区域以及相互连通的区域，当打印相互连通的区域时，通断控制使得第一子挤出口和第二子挤出口合并为一个子挤出口。
可选地，开关组件包括多个片状开关，图14的方法还包括：利用多个片状开关在温度和/或电压的控制下产生形变，以对挤出口所在的区域进行通断控制。
可选地，多个片状开关设置在物料容腔的内部，并设置在挤出口所在的区域的上方。
可选地，多个片状开关设置在物料容腔的外部，多个片状开关分别与多个传动件相连，并通过多个传动件对挤出口所在的区域进行通断控制。
可选地，图14的方法还包括：利用气压输送管路向控制腔室和物料储箱输送带有压强的气体，其中，所述多个片状开关位于所述控制腔室内，且所述物料储箱与所述物料挤出部的所述物料容腔连通。
可选地，多个片状开关包括以下中的一种或多种：压电双晶片、双金属片、受热膨胀的金属电阻、记忆合金。
可选地，开关组件包括以下开关中的一种或多种：电机控制的开关、气压控制的开关、液压控制的开关。
参见图15，本申请实施例提供的而另一种3D打印方法可包括步骤S1510和步骤S1520。
在步骤S1510，将熔融态的物料输送至挤出口，以利用挤出口中的多个孔道对当前打印层进行打印，其中，多个孔道中的相邻孔道挤出的物料在当前打印层相互融合在一起。
在步骤S1520，在打印当前打印层的过程中，利用开关组件对多个孔道进行通断控制，以形成宽度连续可调的多个子挤出口。
可选地，在打印当前打印层的过程中，利用多个子挤出口同时对当前打印层中的多个分区进行打印，其中，多个子挤出口中的每个子挤出口的宽度随每个子挤出口对应的分区的轮廓线的变化而变化，从而将熔融态的物料一次性填充至每个子挤出口对应的分区中。
可选地，多个分区包括第一分区和第二分区，多个子挤出口包括第一子挤出口和第二子挤出口，图15的方法还包括：分别利用第一子挤出口和第二子挤出口打印第一分区和第二分区，其中，第一分区和第二分区具有相互隔离的区域以及相互连通的区域，当打印相互连通的区域时，开关组件的通断控制使得第一子挤出口和第二子挤出口合并为一个子挤出口。
可选地，开关组件包括与多个孔道一一对应的多个片状开关，图15的方法还包括：利用多个片状开关在温度和/或电压的控制下产生形变，以对多个孔道进行通断控制。
可选地，多个片状开关设置在物料容腔的内部，并设置在多个孔道的上方。
可选地，多个片状开关设置在物料容腔的外部，多个片状开关分别与多个传动件相连，并通过多个传动件对多个孔道进行通断控制。
可选地，图15的方法还包括：利用气压输送管路向控制腔室和物料储箱输送带有压强的气体，其中，所述多个片状开关位于所述控制腔室内，且所述物料储箱与所述物料挤出部的所述物料容腔连通。
可选地，多个孔道交错排列。
可选地，多个片状开关包括以下中的一种或多种：压电双晶片、双金属片、受热膨胀的金属电阻、记忆合金。
可选地，开关组件包括以下开关中的一种或多种：电机控制的开关、气压控制的开关、液压控制的开关。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述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，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (36)

1.一种3D打印装置，其特征在于，所述装置包括：
物料挤出部，包括物料容腔以及与所述物料容腔连通的挤出口，所述物料容腔用于容纳熔融态的物料，所述挤出口用于将所述熔融态的物料挤出至当前打印层；
开关组件，与所述挤出口耦合，所述开关组件用于对所述挤出口所在的区域进行通断控制，以形成宽度连续可调的多个子挤出口，所述多个子挤出口用于同时对所述当前打印层中的多个分区进行打印，且在利用所述多个子挤出口对所述多个分区进行打印的过程中，所述多个子挤出口中的每个子挤出口的宽度随所述每个子挤出口对应的分区的轮廓线的变化而变化，从而将所述熔融态的物料一次性填充至所述每个子挤出口对应的分区中。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述多个分区包括第一分区和第二分区，所述多个子挤出口包括第一子挤出口和第二子挤出口，所述第一子挤出口和所述第二子挤出口分别用于打印所述第一分区和所述第二分区，所述第一分区和所述第二分区具有相互隔离的区域以及相互连通的区域，当打印所述相互连通的区域时，所述开关组件的通断控制使得所述第一子挤出口和所述第二子挤出口合并为一个子挤出口。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述开关组件包括多个片状开关，所述多个片状开关在温度和/或电压的控制下产生形变，从而对所述挤出口所在的区域进行通断控制。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述多个片状开关设置在所述物料容腔的内部，并设置在所述挤出口所在的区域的上方。
5.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述多个片状开关设置在所述物料容腔的外部，所述多个片状开关分别与多个传动件相连，并通过所述多个传动件对所述挤出口所在的区域进行通断控制。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
控制腔室，所述多个片状开关位于所述控制腔室内；
物料储箱，与所述物料挤出部的所述物料容腔连通；以及
气压输送管路，与所述物料储箱和所述控制腔室均连通。
7.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述多个片状开关包括以下中的一种或多种：压电双晶片、双金属片、受热膨胀的金属电阻、记忆合金。
8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述开关组件包括以下开关中的一种或多种：电机控制的开关、气压控制的开关、液压控制的开关。
9.一种3D打印装置，其特征在于，包括：
物料挤出部，包括物料容腔以及挤出口，所述物料容腔用于容纳熔融态的物料，所述挤出口包括与所述物料容腔连通的多个孔道，所述多个孔道用于将所述熔融态的物料挤出至当前打印层，且所述多个孔道中的相邻孔道挤出的物料在所述当前打印层相互融合在一起；
开关组件，与所述多个孔道耦合，所述开关组件用于对所述多个孔道进行通断控制，以形成宽度连续可调的多个子挤出口。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述多个子挤出口用于同时对所述当前打印层中的多个分区进行打印，且在利用所述多个子挤出口对所述多个分区进行打印的过程中，所述多个子挤出口中的每个子挤出口的宽度随所述每个子挤出口对应的分区的轮廓线的变化而变化，从而将所述熔融态的物料一次性填充至所述每个子挤出口对应的分区中。
11.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述多个分区包括第一分区和第二分区，所述多个子挤出口包括第一子挤出口和第二子挤出口，所述第一子挤出口和所述第二子挤出口分别用于打印所述第一分区和所述第二分区，所述第一分区和所述第二分区具有相互隔离的区域以及相互连通的区域，当打印所述相互连通的区域时，所述开关组件的通断控制使得所述第一子挤出口和所述第二子挤出口合并为一个子挤出口。
12.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述开关组件包括与所述多个孔道一一对应的多个片状开关，所述多个片状开关在温度和/或电压的控制下产生形变，从而对所述多个孔道进行通断控制。
13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述多个片状开关设置在所述物料容腔的内部，并设置在所述多个孔道的上方。
14.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述多个片状开关设置在所述物料容腔的外部，所述多个片状开关分别与多个传动件相连，并通过所述多个传动件对所述多个孔道进行通断控制。
15.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
控制腔室，所述多个片状开关位于所述控制腔室内；
物料储箱，与所述物料挤出部的所述物料容腔连通；以及
气压输送管路，与所述物料储箱和所述控制腔室均连通。
16.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述多个孔道交错排列。
17.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述多个片状开关包括以下中的一种或多种：压电双晶片、双金属片、受热膨胀的金属电阻、记忆合金。
18.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述开关组件包括以下开关中的一种或多种：电机控制的开关、气压控制的开关、液压控制的开关。
19.一种3D打印方法，其特征在于，所述方法包括：
将熔融态的物料输送至挤出口，以对当前打印层进行打印；
在打印所述当前打印层的过程中，利用开关组件对所述挤出口所在的区域进行通断控制，以形成宽度连续可调的多个子挤出口，所述多个子挤出口用于同时对所述当前打印层中的多个分区进行打印，且在利用所述多个子挤出口对所述多个分区进行打印的过程中，所述多个子挤出口中的每个子挤出口的宽度随所述每个子挤出口对应的分区的轮廓线的变化而变化，从而将所述熔融态的物料一次性填充至所述每个子挤出口对应的分区中。
20.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多个分区包括第一分区和第二分区，所述多个子挤出口包括第一子挤出口和第二子挤出口，所述方法包括：
分别利用所述第一子挤出口和所述第二子挤出口打印所述第一分区和所述第二分区，其中，所述第一分区和所述第二分区具有相互隔离的区域以及相互连通的区域，当打印所述相互连通的区域时，所述通断控制使得所述第一子挤出口和所述第二子挤出口合并为一个子挤出口。
21.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，所述开关组件包括多个片状开关，所述方法包括：
利用所述多个片状开关在温度和/或电压的控制下产生形变，以对所述挤出口所在的区域进行通断控制。
22.根据权利要求21所述的方法，其特征在于，所述多个片状开关设置在物料容腔的内部，并设置在所述挤出口所在的区域的上方。
23.根据权利要求21所述的方法，其特征在于，所述多个片状开关设置在物料容腔的外部，所述多个片状开关分别与多个传动件相连，并通过所述多个传动件对所述挤出口所在的区域进行通断控制。
24.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，还包括：
利用气压输送管路向控制腔室和物料储箱输送带有压强的气体，其中，所述多个片状开关位于所述控制腔室内，且所述物料储箱与所述物料挤出部的所述物料容腔连通。
25.根据权利要求21所述的方法，其特征在于，所述多个片状开关包括以下中的一种或多种：压电双晶片、双金属片、受热膨胀的金属电阻、记忆合金。
26.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，所述开关组件包括以下开关中的一种或多种：电机控制的开关、气压控制的开关、液压控制的开关。
27.一种3D打印方法，其特征在于，包括：
将熔融态的物料输送至挤出口，以利用所述挤出口中的多个孔道对当前打印层进行打印，其中，所述多个孔道中的相邻孔道挤出的物料在所述当前打印层相互融合在一起；
在打印所述当前打印层的过程中，利用开关组件对所述多个孔道进行通断控制，以形成宽度连续可调的多个子挤出口。
28.根据权利要求27所述的方法，其特征在于，在打印所述当前打印层的过程中，利用所述多个子挤出口同时对所述当前打印层中的多个分区进行打印，其中，所述多个子挤出口中的每个子挤出口的宽度随所述每个子挤出口对应的分区的轮廓线的变化而变化，从而将所述熔融态的物料一次性填充至所述每个子挤出口对应的分区中。
29.根据权利要求27所述的方法，其特征在于，所述多个分区包括第一分区和第二分区，所述多个子挤出口包括第一子挤出口和第二子挤出口，所述方法包括：
分别利用所述第一子挤出口和所述第二子挤出口打印所述第一分区和所述第二分区，其中，所述第一分区和所述第二分区具有相互隔离的区域以及相互连通的区域，当打印所述相互连通的区域时，所述开关组件的通断控制使得所述第一子挤出口和所述第二子挤出口合并为一个子挤出口。
30.根据权利要求27所述的方法，其特征在于，所述开关组件包括与所述多个孔道一一对应的多个片状开关，所述方法包括：
利用所述多个片状开关在温度和/或电压的控制下产生形变，以对所述多个孔道进行通断控制。
31.根据权利要求30所述的方法，其特征在于，所述多个片状开关设置在物料容腔的内部，并设置在所述多个孔道的上方。
32.根据权利要求30所述的方法，其特征在于，所述多个片状开关设置在物料容腔的外部，所述多个片状开关分别与多个传动件相连，并通过所述多个传动件对所述多个孔道进行通断控制。
33.根据权利要求32所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
利用气压输送管路向控制腔室和物料储箱输送带有压强的气体，其中，所述多个片状开关位于所述控制腔室内，且所述物料储箱与所述物料挤出部的所述物料容腔连通。
34.根据权利要求27所述的方法，其特征在于，所述多个孔道交错排列。
35.根据权利要求30所述的方法，其特征在于，所述多个片状开关包括以下中的一种或多种：压电双晶片、双金属片、受热膨胀的金属电阻、记忆合金。
36.根据权利要求27所述的方法，其特征在于，所述开关组件包括以下开关中的一种或多种：电机控制的开关、气压控制的开关、液压控制的开关。
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