CN110328842B - 一种挤压式3d打印方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种3D打印方法，尤其是一种挤压式3D打印方法，包括以下步骤：S110、切片处理，生成多个依次层叠的切片层，所述多个切片层中的每个切片层均包括产品切片图形；S120、生成产品打印图形，每个切片层均根据该切片层中的产品切片图形生成产品打印图形；S130、生成产品打印轨迹和产品固化轨迹；S140、产品打印，挤压头沿着打印轨迹均匀地挤出打印原料填充产品打印图形，直至该切片层的产品打印图形填充完成；S150、产品固化，启动固化光源沿产品固化轨迹进行光固化或热固化；S160、重复步骤S140和S150逐层打印和固化切片层，直至所有切片层的产品打印和产品固化全部完成。该方法打印出的产品表面光滑，打印原料利用率高，支撑去除方便。

Description

一种挤压式3D打印方法
技术领域
本发明涉及一种3D打印方法，尤其是一种挤压式3D打印方法。
背景技术
现有的FDM三维打印机打印时喷头沿零件截面轮廓和填充轨迹运动，同时将熔化的材料挤出，材料迅速凝固，并与周围的材料凝结。这种打印方法形成的成型件表面有较明显的条纹，表面粗糙。
现有的光固化3D打印时需要将每个打印层铺满打印原料，然后进行光固化，在打印层成型出结构轮廓，原材料利用率低。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种打印出的产品表面光滑，打印原料利用率高的一种挤压式3D打印方法，具体技术方案为：
一种挤压式3D打印方法，包括以下步骤：
S110、切片处理，将产品的三维模型进行切片处理，生成多个依次层叠的切片层，所述多个切片层中的每个切片层均包括产品切片图形，所述产品切片图形与产品位于该切片层的产品横截面一致；
S120、生成产品打印图形，每个切片层均根据该切片层中的产品切片图形生成产品打印图形，所述产品打印图形为产品切片图形的放大图形，所述产品打印图形的内轮廓小于产品切片图形的内轮廓，所述产品打印图形的外轮廓大于产品切片图形的外轮廓；
S130、生成产品打印轨迹和产品固化轨迹，每个切片层均根据该切片层中的产品打印图形生成产品打印轨迹，每个切片层均根据该切片层中的产品切片图形生成产品固化轨迹；
S140、产品打印，挤压头沿着打印轨迹均匀地挤出打印原料填充产品打印图形，直至该切片层的产品打印图形填充完成；
S150、产品固化，启动固化光源沿产品固化轨迹进行光固化或热固化，直至该切片层的产品切片图形固化完成；
S160、重复步骤S140和S150逐层打印和固化切片层，直至所有切片层的产品打印和产品固化全部完成。
通过采用上述技术方案，结合了FDM挤出打印和3D光固化打印的优点，提高了打印原料的利用率，不需要铺满每个打印层，仅打印出产品切片图形即可。而光固化的表面较光滑，提高了表面的质量。
产品打印图形的轮廓是沿产品切片图形的轮廓向外偏移一定的距离，使产品打印图形的面积大于产品切片图形的面积，产品打印图形的轮廓与产品切片图形的轮廓之间的部分不进行固化。如果产品打印图形的内轮廓过小，可以去除产品打印图形的内轮廓，保留产品打印图形的外轮廓。
由于逐层挤出成型时，产品的侧面有比较明显的层状结构，导致表面不光滑，如果固化时进行局部固化，即对产品切片图形进行固化，产品切片图形的轮廓与产品打印轮廓之间的部分不固化，这样能保证了产品表面的光滑，与3D光固化打印形成的表面质量一致。同时产品打印图形多出的部分能够形成一定的支撑作用，可以省略支撑件，在产品固化完成后可以去除。
优选的，所述固化光源为激光光源。
通过采用上述技术方案，激光固化速率快，固化质量好。
优选的，所述切片处理之前还包括步骤S100、支撑处理，在产品的三维模型上增加支撑件；
所述步骤S110中的切片层中还包括支撑切片图形，所述支撑切片图形与支撑件位于该切片层中的支撑件横截面一致；
所述步骤S130中还包括生成支撑打印轨迹和支撑固化轨迹，每个切片层均根据该切片层中的支撑切片图形生成支撑打印轨迹和支撑固化轨迹；
所述步骤S140中还包括支撑打印，挤压头沿着支撑打印轨迹填充支撑切片图形，直至该切片层的支撑切片图形填充完成；
所述步骤S150中还包括支撑固化，启动固化光源沿支撑固化轨迹进行光固化或热固化，直至该切片层的支撑切片图形固化完成。
通过采用上述技术方案，在需要支撑的时候，通过增加支撑件来支撑产品，防止产品倾倒、断裂或支撑空隙。
优选的，所述挤压头包括产品挤压头和支撑挤压头，所述产品挤压头被配置成挤出打印原料，所述支撑挤压头被配置成挤出支撑用材料；
所述步骤S140中产品打印时选择产品挤压头，所述支撑打印时选择支撑挤压头或产品挤压头。
通过采用上述技术方案，可根据结构的需要选择支撑材料的种类，当支撑件与产品的材料一致，此时采用产品挤压头打印支撑件，当支撑件的材料为其它材料时，支撑件采用支撑挤压头打印，支撑挤压头打印的支撑件更容易去除。
优选的，所述支撑用材料为热塑塑料、蜡或溶解性材料中的一种。
通过采用上述技术方案，热塑塑料和溶解性材料去除方便，适用在产品的内部或不易剥离处使用。
优选的，所述溶解性材料包括聚乙烯醇、丙烯酸类共聚物、糖浆、淀粉中的一种。
通过采用上述技术方案，支撑件去除方便。
优选的，所述产品固化轨迹和支撑固化轨迹均包括投影固化或扫描固化。
通过采用上述技术方案，扫描固化指填充式固化，激光沿着规则的路径填充产品切片图形和支撑图形，直至产品切片图形和支撑图形全部填充完毕。投影固化指激光形成与产品切片图形和支撑图形一致的图形进行固化。
优选的，所述切片层的层厚在0.05-1mm。
优选的，所述打印原料为液态的光固化树脂或热固化树脂。
优选的，所述步骤S140中的打印原料挤出后形成的产品打印图形在固化前不变形。
通过采用上述技术方案，防止挤出后变形，从而保证精度。
本发明提供的一种挤压式3D打印方法打印出的产品表面光滑，打印原料利用率高，支撑去除方便。
附图说明
图1是打印圆管时切片层的产品切片图形和产品打印图形的示意图；
图2是弯管设有支撑件的剖视图。
具体实施方式
现对本发明作进一步说明。
一种挤压式3D打印方法，包括以下步骤：
S110、切片处理，将产品的三维模型进行切片处理，生成多个依次层叠的切片层，所述多个切片层中的每个切片层均包括产品切片图形，所述产品切片图形与产品位于该切片层的产品横截面一致；
S120、生成产品打印图形，每个切片层均根据该切片层中的产品切片图形生成产品打印图形，所述产品打印图形为产品切片图形的放大图形，所述产品打印图形的内轮廓小于产品切片图形的内轮廓，所述产品打印图形的外轮廓大于产品切片图形的外轮廓；
S130、生成产品打印轨迹和产品固化轨迹，每个切片层均根据该切片层中的产品打印图形生成产品打印轨迹，每个切片层均根据该切片层中的产品切片图形生成产品固化轨迹；
S140、产品打印，挤压头沿着打印轨迹均匀地挤出打印原料填充产品打印图形，直至该切片层的产品打印图形填充完成；
S150、产品固化，启动固化光源沿产品固化轨迹进行光固化或热固化，直至该切片层的产品切片图形固化完成；
S160、重复步骤S140和S150逐层打印和固化切片层，直至所有切片层的产品打印和产品固化全部完成。
产品打印图形的轮廓是沿产品切片图形的轮廓向外偏移一定的距离，使产品打印图形的面积大于产品切片图形的面积，产品打印图形的轮廓与产品切片图形的轮廓之间的部分不进行固化。
由于逐层挤出成型时，产品的侧面有比较明显的层状结构，导致表面不光滑，如果固化时进行局部固化，即对产品切片图形进行固化，产品切片图形的轮廓与产品打印轮廓之间的部分不固化，这样能保证了产品表面的光滑，与3D光固化打印形成的表面质量一致。同时产品打印图形多出的部分能够形成一定的支撑作用，可以省略支撑件，在产品固化完成后可以去除。
其中，切片层的层厚在0.05-1mm。切片层的厚度也为打印时的层厚。
打印原料为液态的光固化树脂或热固化树脂。这里的液体并不是完全液体，由于竖直中添加有粉末状的填料，如陶瓷粉、金属粉、石墨烯粉等，实际上是类似浆料状的。热固化树脂也是采用激光加热固化。激光成形精度高。
步骤S130中的打印原料挤出后形成的产品打印图形在固化前不变形。防止挤出后变形，从而保证形状和尺寸精度。
产品固化轨迹包括投影固化或扫描固化。扫描固化指填充式固化，激光沿着规则的路径填充产品切片图形和支撑图形，直至产品切片图形和支撑图形全部填充完毕。投影固化指激光形成与产品切片图形和支撑图形一致的图形进行固化。
实施例一
如图1所示，采用一种挤压式3D打印方法打印圆管，包括以下步骤：
S110、切片处理，将圆管的三维模型进行切片处理，生成多个依次层叠的切片层，切片层的厚度根据需要设定，厚度范围在0.05-1mm，多个切片层中的每个切片层均包括圆管切片图形10，圆管切片图形10与圆管位于该切片层的圆管横截面一致，圆管的横截面为为环形，圆管切片图形10也为环形；
S120、生成圆管打印图形20，每个切片层均根据该切片层中的圆管切片图形10生成圆管打印图形20，所述圆管打印图形20为圆管切片图形10的放大图形，圆管打印图形20生成的圆管打印内轮廓21小于该切片层中的圆管切片图形10的内轮廓11，圆管打印图形20生成的圆管打印外轮廓22大于该切片层中圆管切片图形10的外轮廓12；
S130、生成圆管打印轨迹和圆管固化轨迹，每个切片层均根据该切片层中的圆管打印图形20生成圆管打印轨迹，每个切片层均根据该切片层中的圆管切片图形10生成圆管固化轨迹；
S140、圆管打印，挤压头沿着打印轨迹均匀地挤出打印原料填充圆管打印图形20，直至该切片层的圆管打印图形20填充完成，打印原料挤出后形成的圆管打印图形20在固化前不变形；
S150、圆管固化，启动固化光源沿圆管固化轨迹进行光固化或热固化，直至该切片层的圆管切片图形10固化完成；
S160、重复步骤S140和S150逐层打印和固化切片层，直至所有切片层的圆管打印和圆管固化全部完成。
扫描固化指填充式固化，激光沿着规则的路径填充圆管切片图形10，直至圆管切片图形10全部填充完毕圆管切片图形10的内轮廓11与圆管打印内轮廓21之间部分不固化，圆管切片图形10的外轮廓12与圆管打印外轮廓22之间部分不固化。投影固化指激光形成与圆管切片图形10一致的环形图形进行固化。
一种挤压式3D打印方法，包括以下步骤：
S100、支撑处理，在产品的三维模型上增加支撑件；
S110、切片处理，将产品的三维模型进行切片处理，生成多个依次层叠的切片层，多个切片层中的每个切片层均包括产品切片图形和支撑切片图形，产品切片图形与产品位于该切片层的产品横截面一致，支撑切片图形与支撑件位于该切片层中的支撑件横截面一致；
S120、生成产品打印图形，每个切片层均根据该切片层中的产品切片图形生成产品打印图形，所述产品打印图形为产品切片图形的放大图形，所述产品打印图形的内轮廓小于产品切片图形的内轮廓，所述产品打印图形的外轮廓大于产品切片图形的外轮廓；
S130、生成产品打印轨迹、产品固化轨迹、支撑打印轨迹和支撑固化轨迹，每个切片层均根据该切片层中的产品打印图形生成产品打印轨迹，每个切片层均根据该切片层中的产品切片图形生成产品固化轨迹；每个切片层均根据该切片层中的支撑切片图形生成支撑打印轨迹和支撑固化轨迹；
S140、产品打印和支撑打印，挤压头沿着产品打印轨迹均匀地挤出打印原料填充产品切片图形，直至该切片层的产品切片图形填充完成，
挤压头沿着支撑打印轨迹填充支撑切片图形，直至该切片层的支撑切片图形填充完成；
S150、产品固化和支撑固化，启动激光光源沿产品固化轨迹进行光固化或热固化，直至该切片层的产品切片图形固化完成，
启动固化光源沿支撑固化轨迹进行光固化或热固化，直至该切片层的支撑切片图形固化完成；
S160、重复步骤S140和S150逐层打印和固化切片层，直至所有切片层的产品打印和产品固化全部完成。
在需要支撑的时候，通过增加支撑件来支撑产品，防止产品倾倒、断裂或支撑空隙。
挤压头包括产品挤压头和支撑挤压头，产品挤压头被配置成挤出打印原料，支撑挤压头被配置成挤出支撑用材料；步骤S140中产品打印时选择产品挤压头，支撑打印时选择支撑挤压头或产品挤压头。
可根据结构的需要选择支撑材料的种类，当支撑件与产品的材料一致，此时采用产品挤压头打印支撑件，当支撑件的材料为其它材料时，支撑件采用支撑挤压头打印，支撑挤压头打印的支撑件更容易去除。
所述支撑用材料为热塑塑料、蜡或溶解性材料中的一种。热塑塑料和溶解性材料去除方便，适用在产品的内部或不易剥离处使用。而目前的支撑去除困难，尤其是在产品内部的支撑，很难去除，采用热塑塑料和蜡，高温熔化即可，而溶解性材料可以用溶剂溶解，非常方便。
溶解性材料包括聚乙烯醇、丙烯酸类共聚物、糖浆、淀粉中的一种。可以用水进行溶解，支撑件去除方便。
支撑固化轨迹包括投影固化或扫描固化。
实施例二
如图2所示，一种挤压式3D打印方法打印弯管3，包括以下步骤：
S100、支撑处理，在弯管3的三维模型上增加支撑件；
S110、切片处理，将弯管3的三维模型进行切片处理，生成多个依次层叠的切片层，多个切片层中的每个切片层均包括弯管切片图形和支撑切片图形，弯管切片图形与弯管3位于该切片层的弯管横截面一致，支撑切片图形与支撑件位于该切片层中的支撑件横截面一致；
S120、生成弯管打印图形，每个切片层均根据该切片层中的弯管切片图形生成弯管打印图形，所述弯管打印图形为弯管切片图形的放大图形，所述弯管打印图形的内轮廓小于弯管切片图形的内轮廓，所述弯管打印图形的外轮廓大于弯管切片图形的外轮廓；
S130、生成弯管打印轨迹、弯管固化轨迹、支撑打印轨迹和支撑固化轨迹，每个切片层均根据该切片层中的弯管打印图形生成弯管打印轨迹，每个切片层均根据该切片层中的弯管切片图形生成弯管固化轨迹，每个切片层均根据该切片层中的支撑切片图形生成支撑打印轨迹和支撑固化轨迹；
S130、弯管3打印和支撑打印，挤压头沿着弯管打印轨迹均匀地挤出打印原料填充弯管打印图形，直至该切片层的弯管打印图形填充完成，
挤压头沿着支撑打印轨迹填充支撑切片图形，直至该切片层的支撑切片图形填充完成；
S140、弯管固化和支撑固化，启动激光光源沿弯管固化轨迹进行光固化或热固化，直至该切片层的弯管切片图形固化完成，启动固化光源沿支撑固化轨迹进行光固化或热固化，直至该切片层的支撑切片图形固化完成；
S150、重复步骤S130和S140逐层打印和固化切片层直至打印和固化全部完成。
挤压头包括产品挤压头和支撑挤压头，产品挤压头被配置成挤出打印原料，支撑挤压头被配置成挤出支撑用材料；步骤S140中弯管3打印时选择产品挤压头，支撑打印时选择支撑挤压头或产品挤压头。
其中，如图2所示支撑件包括内支撑42和外支撑41。外支撑41位于弯管3的外部，内支撑42位于弯管3的内部，外支撑41容易去除，可以选择产品挤压头打印或选择支撑挤压头打印；而内支撑42不容易去除，选择支撑挤压头打印，打印的内支撑42容易去除。

Claims (8)

1.一种挤压式3D打印方法，其特征在于，包括以下步骤：
S110、切片处理，将产品的三维模型进行切片处理，生成多个依次层叠的切片层，所述多个切片层中的每个切片层均包括产品切片图形，所述产品切片图形与产品位于该切片层的产品横截面一致；
S120、生成产品打印图形，每个切片层均根据该切片层中的产品切片图形生成产品打印图形，所述产品打印图形为产品切片图形的放大图形，所述产品打印图形的内轮廓小于产品切片图形的内轮廓，所述产品打印图形的外轮廓大于产品切片图形的外轮廓；
S130、生成产品打印轨迹和产品固化轨迹，每个切片层均根据该切片层中的产品打印图形生成产品打印轨迹，每个切片层均根据该切片层中的产品切片图形生成产品固化轨迹；
S140、产品打印，挤压头沿着打印轨迹均匀地挤出打印原料填充产品打印图形，直至该切片层的产品打印图形填充完成；
S150、产品固化，启动固化光源沿产品固化轨迹进行光固化或热固化，直至该切片层的产品切片图形固化完成；
S160、重复步骤S140和S150逐层打印和固化切片层，直至所有切片层的产品打印和产品固化全部完成；
所述固化光源为激光光源；
所述切片处理之前还包括步骤S100、支撑处理，在产品的三维模型上增加支撑件；
所述步骤S110中的切片层中还包括支撑切片图形，所述支撑切片图形与支撑件位于该切片层中的支撑件横截面一致；
所述步骤S130中还包括生成支撑打印轨迹和支撑固化轨迹，每个切片层均根据该切片层中的支撑切片图形生成支撑打印轨迹和支撑固化轨迹；
所述步骤S140中还包括支撑打印，挤压头沿着支撑打印轨迹填充支撑切片图形，直至该切片层的支撑切片图形填充完成；
所述步骤S150中还包括支撑固化，启动固化光源沿支撑固化轨迹进行光固化或热固化，直至该切片层的支撑切片图形固化完成。
2.根据权利要求1所述的一种挤压式3D打印方法，其特征在于，所述挤压头包括产品挤压头和支撑挤压头，所述产品挤压头被配置成挤出打印原料，所述支撑挤压头被配置成挤出支撑用材料；
所述步骤S140中产品打印时选择产品挤压头，所述支撑打印时选择支撑挤压头或产品挤压头。
3.根据权利要求2所述的一种挤压式3D打印方法，其特征在于，所述支撑用材料为热塑塑料、蜡或溶解性材料中的一种。
4.根据权利要求3所述的一种挤压式3D打印方法，其特征在于，所述溶解性材料包括聚乙烯醇、丙烯酸类共聚物、糖浆、淀粉中的一种。
5.根据权利要求1所述的一种挤压式3D打印方法，其特征在于，所述产品固化轨迹和支撑固化轨迹均包括投影固化或扫描固化。
6.根据权利要求1所述的一种挤压式3D打印方法，其特征在于，所述切片层的层厚在0.05-1mm。
7.根据权利要求1所述的一种挤压式3D打印方法，其特征在于，所述打印原料为液态的光固化树脂或热固化树脂。
8.根据权利要求1所述的一种挤压式3D打印方法，其特征在于，所述步骤S140中的打印原料挤出后形成的产品打印图形在固化前不变形。
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