为三维打印物体提供防扫描能力的三维打印机和丝材制造技术

一种适合于打印难以被三维扫描仪和三维打印机复制的三维(3D)物体的打印机。所述打印机包括具有带加热部分的挤出嘴的打印头、以及具有用于接收从挤出嘴挤出的材料的表面的打印台。所述打印机还包括载有防扫描丝材的打印材料供应卷轴。所述打印头适合于把防扫描丝材拉入加热部分中进行加热，然后从挤出嘴挤出，以形成三维物体。而且，所述三维物体在该三维物体的至少一个元件上包括一个或多个防扫描外表面。所述的防扫描外表面是光吸收表面或沿一个或多个非常规方向反射光的光反射表面。所述防扫描丝材可为混合有防扫描添加剂(例如逆反射材料)的塑料。

【技术实现步骤摘要】
为三维打印物体提供防扫描能力的三维打印机和丝材
本专利技术总体涉及三维(3D)物体的制造，更确切地说，本专利技术涉及一种基于丝材的三维打印机和相应的打印材料(例如细丝)，其专门配置为并可用于打印三维物体，该三维物体配置为提供防止三维扫描的能力(例如，防止全面或有效地扫描使用三维打印机打印的物体)。
技术介绍
三维打印是一种叠层制造技术，其中，物体(或“打印的三维物体”)从数字文件产生。数字文件可从计算机辅助设计(CAD)程序或其它三维建模程序等软件产生，或者通过使用三维扫描仪复制为三维建模程序提供输入的现有物体来产生。为了准备用于打印的数字文件，在与打印机接口的电脑上提供的软件或在三维打印机本身上运行的软件把三维模型切分为成百上千的水平层。典型情况下，只有外壁或“外壳”被打印为实体，从而可作为修改在打印中使用的三维模型的一部分来定义外壳厚度，并且，在打印过程中，外壳打印为实体元件，而三维物体的内部部分以蜂窝或其它充填设计形式打印(例如，可减少提供打印的三维物体所需打印的材料的量)。在把准备好的三维物体数字文件上传至三维打印机时，三维打印机逐层产生物体。三维打印机从三维模型读取每一片层(或二维图像)，并通过敷设(或打印)材料的相继层来产生三维物体，直到整个物体被产生。这些层中的每个层可视为最终完成或打印的三维物体的一片很薄的水平截面。更常用的三维打印机技术中的一种使用熔融沉积造型(FDM)技术，或者更一般地说，使用熔丝制造(FFF)技术。FDM打印机使用从安装到打印机外罩上的丝盘或卷轴松开的塑料丝(例如以直径为1至3毫米的多股丝形式提供的丙烯腈·丁二烯·苯乙烯(ABS)或聚乳酸(PLA)丝)工作。该塑料丝用于向带有挤出嘴的打印头提供材料，例如，齿轮把丝材从卷轴上拉下，并输送到挤出嘴中。挤出嘴适合于接通和切断其流量。挤出嘴(或打印头的上游部分)加热，以熔化进入或从其通过的塑料丝，从而挤出嘴使塑料丝液化。尖锐的挤出嘴以超细线形式(例如，以大约0.1毫米宽度的线的形式)沉积液化的材料。挤出头和其出口被数控机构沿水平和竖直方向移动，以完成或打印三维模型的每层，该数控机构由运行在三维打印机上的控制软件(例如适合于与三维打印机结合使用的计算机辅助制造(CAM)软件包)操作或控制。挤出的熔化或液化材料迅速凝固，形成一层(并与三维物体的各层密封在一起)，然后，在开始打印下一层之前，挤出嘴竖向移动。此过程不断重复，直到三维物体的所有层都打印完成。如上所述，对于在三维打印机上打印的或通过其它方式制造的三维物体，能够很轻松地利用三维扫描仪和使用由三维扫描仪产生的文件的三维打印机来复制。有许多可复制数字模型的商售扫描仪，这些数字模型可用作由三维打印机用于控制打印的数字文件。因此，即使没有原来由厂家用于产生“原始”三维物体的数字文件，使用三维打印机也能复制几乎任何三维物体，并且商业公司难以销售可防止未经许可的复制行为的收藏品和其它三维物体，例如电影和动画片人物的塑料小塑像。对于想要保护通过三维打印过程制造的产品的公司来说，这是一个更大的问题。这些产品或物品常常最适合通过其外表面的设计利用三维打印机来制造，但是三维物体可能具有公司希望通过限制复制来保护的独有特征或相关的知识产权特征。因此，需要一种使复制三维物体(例如复制由三维打印机打印的物体)变得很困难的新型三维打印机或打印方法。这种三维打印机和打印方法优选适合于较廉价地实现，并且可与现有和将来的三维打印机技术结合使用，例如熔融沉积造型(FDM)或熔丝制造(FFF)技术。
技术实现思路
简而言之，本专利技术说明一种适合于打印能整体防止三维扫描的三维物体的三维打印机、以及用于这种打印机的丝材。所述三维打印机配置为使用一种丝状的新型材料作为供应材料来形成整个三维物体或三维物体的外壳的一部分(即，可以使用新型丝材或新型供应材料打印每层的最外10％部分)，而不是使用在现有的三维打印机中所用的常规塑料丝材。在一些实施例中，所述的新型丝材制造为包含防扫描添加剂，该添加剂的份数可以改变，以实现所含添加剂的量在塑料丝材(新丝材的基材或初始材料)的2％至25％范围之内的丝材。所述防扫描添加剂选择为比所述丝材的基础/初始材料吸收更多的光，或破坏性地反射更多的光，因而难以使用三维扫描仪精确地对具有由这种材料构成的外层或外壳的三维物体进行建模(三维扫描仪依赖于三维物体的表面的可预测光反射来对物体进行精确建模)，所以更难以使用三维打印机来复制。在这方面，一种示例性防反射添加剂是逆反射材料，本文所述的三维打印机使用内置有逆反射材料的塑料丝材(或由逆反射塑料构成的丝材)打印三维物体，这种三维物体比较难以使用三维扫描仪精确地扫描。使用添加剂或填料的一个目的是防止投射在物体上的扫描仪光线到达扫描仪的传感器。这可通过吸收光线、使其不能反射到传感器来实现，或者通过使光线朝远离传感器的方向反射来实现。对于后一个选项，逆反射材料很有效，因为虽然三维扫描仪的传感器的位置可以改变，但是它不与三维扫描仪的光源的位置重合。正如现有技术的丝材那样，具有防扫描添加剂的丝材被拉入打印头中，并被加热装置(在打印头中或挤出嘴中)液化，然后从挤出嘴挤出，以形成或“打印”三维物体的每层。具有防扫描添加剂的丝材可用于整个外层或外壳，或者用于外层或外壳的一个或多个子集/部分，以实现防扫描。例如，三维物体可为电影或动画片人物的小塑像，所述的新型丝材可用于形成小塑像的面部或头部，以便有效地防止可用的面部/头部扫描，从而限制对由三维打印机打印的物体进行复制。更精确地说，本专利技术提供一种适合于打印三维(3D)物体的打印机，该三维物体难以被三维扫描仪扫描，因而难以提供该三维物体的模型。所述打印机包括具有带加热部分的挤出嘴的打印头、以及具有用于接收从挤出嘴挤出的材料的表面的打印台。重要的是，所述打印机还包括载有防扫描丝材的打印材料供应卷轴。所述打印头适合于把防扫描丝材拉入加热部分中进行加热，然后从挤出嘴挤出，以形成三维物体。而且，所述三维物体在该三维物体的至少一个元件上包括一个或多个防扫描外表面。所述的防扫描外表面是光吸收表面(例如，比由常规塑料丝材构成的表面多吸收20％以上的光)或者是沿一个或多个非常规方向反射光(例如，向光源反射光，而不是以远离光源的常规反射角度反射光)的光反射表面。在所述打印机的一些实施例中，所述防扫描丝材是混合有防扫描添加剂的塑料(例如ABS或PLA初始材料或基材)。所述防扫描添加剂可包含一定量的逆反射材料，一些实施例使用的所述一定量是在所述防扫描添加剂的材料的2％至25％范围之内，而另一些实施例使用的所述一定量则是在5％至10％范围之内。所述打印机可包括控制器，该控制器根据限定具有防扫描外表面的三维物体的多个打印层的三维物体模型来定位和操作打印头。所述控制器使用所述防扫描丝材来打印防扫描外表面，并使用载有不含防扫描添加剂的塑料丝材的附加打印材料供应卷轴来打印三维物体的其它部分。在某些情况中，所述的打印机(或其系统)可包括打印机接口系统，该打印机接口系统用于接收用户输入，并处理用户输入，以指定防扫本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于打印三维物体的三维(3D)打印机，包括：打印头，具有带加热部分的挤出嘴；打印台，具有用于接收从挤出嘴挤出的材料的表面；和打印材料供应卷轴，载有防扫描丝材，其中，所述打印头适合于把防扫描丝材拉入所述加热部分中进行加热，然后从挤出嘴挤出，以形成三维物体；以及所述三维物体在该三维物体的至少一个元件上包括一个或多个防扫描外表面。

【技术特征摘要】
2014.07.17 US 14/334,1561.一种打印防扫描三维物体的方法，包括：
产生或获取三维物体的数字模型；
处理所述数字模型，以定义多个打印层；和
操作三维打印机，以挤出含有防扫描添加剂的液态塑料，从而至少形成所述打印层之中的一个或多个的外侧部分。


2.如权利要求1所述的方法，其中，所述防扫描添加剂提高由所述液态塑料形成的表面的光吸收能力。


3.如权利要求1所述的方法，其中，所述防扫描添加剂修改由所述液态塑料形成的表面的光反射性。


4.如权利要求3所述的方法，其中，所述防扫描添加剂包括多个逆反射体。


5.如权利要求4所述的方法，其中，所述防扫描添加剂至少占从三维打印机挤出的材料的5％，以形成所述打印层之中的一个或多个的外侧部分。


6.如权利要求1所述的方法，还包括：接收用于指定三维物体的防扫描表面的用户输入，其中，所述三维物体的防扫描表面是由使用带防扫描添加剂的液态塑料形成的一个或多个打印层提供的。


7.如权利要求1所述的方法，其中，所述三维打印机的操作包括把丝材拉入加热挤出嘴中，以提供带有防扫描添加剂的液态塑料源。


8.如权利要求1所述的方法，其中，所述三维打印机包括：
打印头，具有带加热部分的挤出嘴；
打印台，具有用于接收从挤出嘴挤出的材料的表面；和
打印材料供应卷轴，载有包括混合有防扫描添加剂的塑料的防扫描丝材，
其中，所述打印头适合于把防扫描丝材拉入所述加热部分中进行加热，然后从挤出嘴挤出，以形成三维物体；以及
所述三维物体在该三维物体的至少一个元件上包括一个或多个防扫描外表面。


9.如权利要求8所述的方法，其中，所述防扫描外表面是光吸收表面，或者是向一个或多个非常规方向反射光的反射表面。


10.如权利要求8所述的方法，其中，所述防扫描添加剂包括一定量的逆反射材料。


11.如权利要求10所述的方法，其中，所述一定量在所述防扫描丝材的材料的2％至25％范围内。


12.如权利要求11所述的方法，其中，所述一定量在5％至10％范围内。


13.如权利要求8所述的方法，其中，所述打印机还包括控制器，该控制器根据限定具有防扫描外表面的三维物体的多个打印层的三维物体模型来定位和操作打印头，该控制器包括使用所述的防扫描丝材来打印所述防扫描外表面...

【专利技术属性】
技术研发人员：J沃里斯，DW克劳福德，J阿尔特德，BF克里森，
申请(专利权)人：迪斯尼实业公司，
类型：发明
国别省市：美国;US