支撑结构、支撑结构的打印方法以及打印系统技术方案

本申请涉及三维成型技术领域，尤其涉及一种支撑结构、打印方法以及打印系统。支撑结构包括使用第一材料打印的实体部分和使用第二材料打印的非实体部分，所述实体部分包括网格结构，所述网格结构的每一个网格单元内及网格单元外均填充有所述非实体部分；其中，所述第一材料的硬度较所述第二材料的硬度大；所述网格结构的网格密度在打印平面内存在变化，和/或所述网格单元的连接边的横截面的面积，沿垂直于所述打印平面的方向存在变化。本申请支撑结构不同部位的强度存在差异，从而能有效防止支撑结构进行固化过程中或之后受到应力的作用时的应力集中现象导致的支撑结构开裂的不利影响。

A printing method for supporting structure and support structure and a printing system

The application relates to the field of three-dimensional molding, in particular a support structure, a printing method, and a printing system. The support structure includes a solid part of a first material printing and the use of non solid second material printing, the solid part comprises a grid structure, each cell of the grid structure and the grid unit are filled with the non entity; among them, the first material hardness is the second material the hardness; the mesh grid density change in the printing plane, and / or the grid unit connection side cross-sectional area of the direction perpendicular to the direction of the printing plane change. This application supports the difference in strength between different parts of the structure, so that it can effectively prevent the adverse effect of the stress concentration caused by the stress concentration during the curing process or after the support structure is subjected to stress.

【技术实现步骤摘要】
支撑结构、支撑结构的打印方法以及打印系统
本申请涉及三维成型
，尤其涉及一种支撑结构、支撑结构的打印方法以及打印系统。
技术介绍
快速成型技术又称快速原型制造技术或加式制造技术，其基本原理都是基于3D模型切片形成多个切片层，然后经过数据处理最终采用逐层(即逐个切片层)加工堆积的方式制作3D物体。在使用喷墨打印技术逐层打印3D物体的过程中，存在后一层架空前一层的现象，为了将3D物体准确的打印出来，在打印过程中需要提供支撑结构，为对应的层提供支撑。现有技术中普遍使用的打印支撑结构的方法为，根据支撑结构数据使用相同的支撑材料进行逐层打印，然而由于支撑结构一方面需要具有足够的硬度能够支撑起需要支撑的目标物体部分，另一方面支撑结构又需要具有柔软性使其能从打印好的目标物体上能够易于移除，以致很难选择合适的支撑材料来进行支撑结构的打印。为了解决支撑材料选材难的问题，一些研究者将目光集中在了支撑结构本身的结构设计上，如中国专利CN104275798A和美国专利US7364686B2中公布的在支撑结构部分通过使用实体材料构造格栅或骨架或柱子置入支撑材料内，为支撑结构提供额外的强度，然而在支撑结构进行固化过程中或之后受到应力的作用时，存在应力集中现象，由此导致支撑结构易于开裂。
技术实现思路
本申请提供了一种支撑结构、支撑结构的打印方法以及打印系统，能够解决上述问题。本申请的第一方面提供了一种支撑结构，包括使用第一材料打印的实体部分和使用第二材料打印的非实体部分，所述实体部分包括网格结构，所述网格结构的每一个网格单元内及网格单元外均填充有所述非实体部分；其中，所述第一材料的硬度较所述第二材料的硬度大；所述网格结构的网格密度在打印平面内存在变化，和/或所述网格单元的连接边的横截面的面积，沿垂直于所述打印平面的方向存在变化。优选地，所述实体部分包括多个平行于所述打印平面的网格层，所述网格层具有所述网格结构；所述实体部分还包括多个柱子，各所述柱子至少贯穿相邻的两层所述网格层，且所述柱子与所述网格层围成的空间内及空间外填充有所述非实体部分。优选地，各所述网格层将所述柱子分割为多个子段，各所述子段的两端分别连接于位于相邻网格层的网格单元的顶点处。优选地，所述柱子在所述打印平面内的柱子密度存在变化；和/或所述柱子的横截面的面积，沿垂直于所述打印平面的方向存在变化。优选地，在所述打印平面内所述网格密度与所述柱子密度均存在变化，且二者的变化趋势一致；和/或所述网格单元的连接边的横截面的面积和所述柱子的横截面的面积，在垂直于所述打印平面的方向上均存在变化，且所述连接边的横截面的面积的变化趋势由所述柱子的横截面的面积的变化趋势决定。优选地，所述柱子的横截面的面积的变化通过所述柱子的第一尺寸至少沿第一方向的变化，以及第二尺寸至少沿第二方向的变化实现；所述第一尺寸指所述柱子在所述第一方向的尺寸，所述第二尺寸指所述柱子在所述第二方向的尺寸，其中，所述第一方向与所述第二方向分别指所述打印平面内相邻且相互垂直的两个方向。优选地，所述柱子的横截面的面积的变化通过所述第一尺寸同时沿所述第一方向和所述第一方向的反方向的变化，以及所述第二尺寸同时沿所述第二方向和所述第二方向的反方向的变化实现。优选地，所述柱子密度沿所述打印平面内的一个方向的变化趋势为下述方式中的一种或者多种的组合：先减小再增大然后再减小、先增大再减小然后再增大、先增大再减小、先减小再增大。优选地，所述网格单元的连接边的横截面的面积，沿垂直于所述打印平面的方向的变化趋势为下述方式中的一种或者多种的组合：先减小再增大然后再减小、先增大再减小然后再增大、先增大再减小、先减小再增大。本申请的第二方面提供了一种支撑结构的打印方法，用于打印如上任一项所述的支撑结构，所述打印方法包括：步骤S1：在同一切片层中，根据支撑结构层打印数据，使用第一材料打印形成层实体部分，使用第二材料打印形成层非实体部分；步骤S2：重复所述步骤S1，打印多个所述层实体部分和多个所述层非实体部分，多个所述层实体部分形成支撑结构的实体部分，多个所述层非实体部分形成所述支撑结构的非实体部分；其中，所述第一材料的硬度较所述第二材料的硬度大；所述实体部分包括网格结构，所述网格结构的每一个网格单元内及网格单元外均填充有所述非实体部分；所述网格结构的网格密度在打印平面内存在变化，和/或所述网格单元的连接边的横截面的面积，沿垂直于所述打印平面的方向存在变化。优选地，所述实体部分包括多个平行于所述打印平面的网格层，所述网格层具有所述网格结构；所述实体部分还包括多个柱子，各所述柱子至少贯穿相邻的两层所述网格层；所述柱子与所述网格层围成的空间内及空间外填充有所述非实体部分。优选地，所述步骤S1之前还包括：步骤S0：将支撑结构区域数据转换成所述支撑结构层打印数据。优选地，所述支撑结构层打印数据包括用于打印所述层实体部分的层实体数据，和用于打印所述层非实体部分的层非实体数据；所述根据支撑结构层打印数据，使用第一材料打印形成层实体部分，使用第二材料打印形成层非实体部分具体为：根据所述层实体数据使用所述第一材料打印形成所述层实体部分；根据所述层非实体数据使用所述第二材料打印形成所述层非实体部分。本申请的第三方面提供了一种打印系统，用于打印如上任一项所述的支撑结构，所述打印系统包括：打印头，用于在同一切片层中，根据支撑结构层打印数据，使用第一材料打印形成层实体部分，使用第二材料打印形成层非实体部分，以及用于打印多个所述层实体部分和多个所述层非实体部分，使多个所述层实体部分形成支撑结构的实体部分，多个所述层非实体部分形成所述支撑结构的非实体部分；其中，所述第一材料的硬度较所述第二材料的硬度大；所述实体部分包括网格结构，所述网格结构的每一个网格单元内及网格单元外均填充有所述非实体部分；所述网格结构的网格密度在打印平面内存在变化，和/或所述网格单元的连接边的横截面的面积，沿垂直于所述打印平面的方向存在变化；控制器，用于控制所述打印头执行打印操作；所述打印头与所述控制器连接。优选地，所述实体部分包括多个平行于所述打印平面的网格层，所述网格层具有所述网格结构；所述实体部分还包括多个柱子，各所述柱子至少贯穿相邻的两层所述网格层；所述柱子与所述网格层围成的空间内及空间外填充有所述非实体部分。优选地，还包括数据处理器，用于将支撑结构区域数据转换成所述支撑结构层打印数据，所述数据处理器与所述控制器连接。优选地，所述支撑结构层打印数据包括用于打印所述层实体部分的层实体数据，和用于打印所述层非实体部分的层非实体数据。本申请提供的技术方案可以达到以下有益效果：本申请所提供的支撑结构，通过在实体部分设置网格结构，在网格单元内及网格单元外填充非实体材料，且网格结构的网格密度在打印平面内存在变化，网格单元的连接边的横截面的面积，沿垂直于打印平面的方向存在变化，通过网格密度的变化，以及连接边的横截面的面积的变化，使得支撑结构不同部位的强度存在差异，通常网格密度越大，连接边的横截面的面积越大，支撑结构中该部分的强度越高，从而能有效防止支撑结构进行固化过程中或之后受到应力的作用时的应力集中现象而导致支撑结构开裂的不利影响；同时由于支撑结构中除网格结构以外的部分使用硬度较小的非实体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种支撑结构，其特征在于，包括使用第一材料打印的实体部分和使用第二材料打印的非实体部分，所述实体部分包括网格结构，所述网格结构的每一个网格单元内及网格单元外均填充有所述非实体部分；其中，所述第一材料的硬度较所述第二材料的硬度大；所述网格结构的网格密度在打印平面内存在变化，和/或所述网格单元的连接边的横截面的面积，沿垂直于所述打印平面的方向存在变化。

【技术特征摘要】
1.一种支撑结构，其特征在于，包括使用第一材料打印的实体部分和使用第二材料打印的非实体部分，所述实体部分包括网格结构，所述网格结构的每一个网格单元内及网格单元外均填充有所述非实体部分；其中，所述第一材料的硬度较所述第二材料的硬度大；所述网格结构的网格密度在打印平面内存在变化，和/或所述网格单元的连接边的横截面的面积，沿垂直于所述打印平面的方向存在变化。2.根据权利要求1所述的支撑结构，其特征在于，所述实体部分包括多个平行于所述打印平面的网格层，所述网格层具有所述网格结构；所述实体部分还包括多个柱子，各所述柱子至少贯穿相邻的两层所述网格层，且所述柱子与所述网格层围成的空间内及空间外填充有所述非实体部分。3.根据权利要求2所述的支撑结构，其特征在于，各所述网格层将所述柱子分割为多个子段，各所述子段的两端分别连接于位于相邻网格层的网格单元的顶点处。4.根据权利要求3所述的支撑结构，其特征在于，所述柱子在所述打印平面内的柱子密度存在变化；和/或所述柱子的横截面的面积，沿垂直于所述打印平面的方向存在变化。5.根据权利要求4所述的支撑结构，其特征在于，在所述打印平面内所述网格密度与所述柱子密度均存在变化，且二者的变化趋势一致；和/或所述网格单元的连接边的横截面的面积和所述柱子的横截面的面积，在垂直于所述打印平面的方向上均存在变化，且所述连接边的横截面的面积的变化趋势由所述柱子的横截面的面积的变化趋势决定。6.根据权利要求4所述的支撑结构，其特征在于，所述柱子的横截面的面积的变化通过所述柱子的第一尺寸至少沿第一方向的变化，以及第二尺寸至少沿第二方向的变化实现；所述第一尺寸指所述柱子在所述第一方向的尺寸，所述第二尺寸指所述柱子在所述第二方向的尺寸，其中，所述第一方向与所述第二方向分别指所述打印平面内相邻且相互垂直的两个方向。7.根据权利要求6所述的支撑结构，其特征在于，所述柱子的横截面的面积的变化通过所述第一尺寸同时沿所述第一方向和所述第一方向的反方向的变化，以及所述第二尺寸同时沿所述第二方向和所述第二方向的反方向的变化实现。8.根据权利要求4所述的支撑结构，其特征在于，所述柱子密度沿所述打印平面内的一个方向的变化趋势为下述方式中的一种或者多种的组合：先减小再增大然后再减小、先增大再减小然后再增大、先增大再减小、先减小再增大。9.根据权利要求1-8任一项所述的支撑结构，其特征在于，所述网格单元的连接边的横截面的面积，沿垂直于所述打印平面的方向的变化趋势为下述方式中的一种或者多种的组合：先减小再增大然后再减小、先增大再减小然后再增大、先增大再减小、先减小再增大。10.一种支撑结构的打印方法，用于打印如权利要求1-9任一项所述的支撑结构，其特征在于，所述打印方法包括：步骤S1：在同一切片层中，根据支撑结构层打印数据，使用第一材料打印形成层实体部分，使用第二材料打印形成层非实体部分；步骤S2：重复所述步骤S1...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈伟，向东清，
申请(专利权)人：珠海赛纳打印科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44