用于打印三维(3D)物体的方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术的一些实施方式可以涉及打印三维(3D)物体和3D物体的支撑结构的系统和方法。该系统可以包括打印单元和用于向打印单元供应主体材料和支撑材料的供应系统。该系统还可以包括控制器，该控制器被配置为：生成包括一组水平切片的3D横截面数字数据，操纵3D数字数据以通过在同一水平切片的主体区域和支撑区域之间执行垂直移位来创建一组移位切片以创建打印数字数据，和控制打印单元以基于打印数字数据来分层沉积主体材料和支撑材料，其中在单次扫描中，支撑材料的液滴和主体材料的液滴行进不同的距离。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于打印三维(3D)物体的方法和装置背景在三维(3D)打印或3D制造过程中，根据如由软件文件定义的预定配置，材料从一个或更多个打印头选择性地喷射并且沉积到连续层中的制造托盘上。一些沉积过程包括沉积不同的材料以便形成单个物体或模型。例如，可以使用用于沉积主体结构的第一材料和用于沉积支撑结构以支撑主体结构的各个部分例如负角表面和悬垂部分的第二材料来沉积物体。随后通过机械、化学或其他手段去除支撑材料以显露最终物体。常规沉积方法涉及根据预定的配置来逐层同时沉积支撑材料和主体材料。支撑材料和主体材料都以液体或半液体状态沉积在同一层中，使得液体/液体界面在两种材料之间形成。在沉积之后，所沉积的层被硬化(例如通过紫外线(UV)固化)。主体材料和支撑材料的液滴形成混合层，并且在去除支撑材料时，微裂缝留在所打印的部件(即主体材料)中。表面微裂缝可能导致在负载下的增加的应力和打印部件的增加的脆性。表面越粗糙，所打印的模型的机械强度就越差。概述本专利技术的一些实施方式可以针对一种打印三维(3D)物体和3D物体的支撑结构的系统和方法。该系统可以包括打印单元，该打印单元包括配置成沉积用于形成3D物体的主体材料和用于形成支撑结构的支撑材料的一个或更多个打印头和用于将主体材料和支撑材料供应到打印单元的供应系统。该系统还可以包括执行根据本专利技术的一些实施方式的方法的控制器。控制器可以被配置为生成包括一组水平切片的3D横截面数字数据，其中每个切片包括表示3D物体的水平横截面的一个或更多个主体区域，并且一些切片中的至少每一个进一步包括一个或更多个支撑区域，该支撑区域与主体区域相邻并且表示支撑结构的对应的水平横截面。控制器可进一步配置成操纵3D数字数据以通过在同一水平切片的主体区域与支撑区域之间执行垂直移位来创建一组移位切片以创建打印数字数据，其中一些移位切片中的至少每个包括水平切片中的一个的主体区域连同水平切片中的另一个的支撑区域；以及控制打印单元以基于打印数字数据从一个或更多个打印头分层沉积主体材料和支撑材料，其中在单次扫描中，支撑材料的液滴和主体材料的液滴行进不同的距离。附图简述视为本专利技术的主题在说明书的结束部分中被特别指出并被清楚地要求保护。然而，关于操作方法和组织的本专利技术以及其目的、特征和优点在与附图一起阅读时通过参考以下详细描述可得到最好的理解，其中：图1是根据本专利技术的一些实施方式的打印系统的图示。图2是根据本专利技术的一些实施方式的打印三维(3D)物体和3D物体的支撑结构的方法的流程图；图3A-3B是根据本专利技术的一些实施方式的物体和支撑结构的示例性横截面数字数据的图形表示；图4是根据本专利技术的一些实施方式的物体和支撑结构的示例性横截面数据的图形表示；图5是根据本专利技术的一些实施方式的物体和支撑结构的示例性横截面数字数据的图形表示；图6A-6B是根据本专利技术的一些实施方式的物体和支撑结构的示例性横截面数据的图形表示；图7A为根据本专利技术的一些实施方式的示例性打印物体的图像；以及图7B是根据本专利技术的一些实施方式的图7A的示例性打印物体的横截面图像以及与打印物体的表面曲率相匹配的图表；图8A和8B是根据本专利技术的一些实施方式的示例性打印物体；图9是根据本专利技术的一些实施方式的示例性支撑结构的图像；图10包括根据本专利技术的一些实施方式的示例性打印物体的图像；图11A和11B是根据本专利技术的一些实施方式的示例性打印物体。应当理解，为了说明的简单和清楚，图中所示的元素不一定按比例绘制。例如，为了清楚起见，一些元素的尺寸可以相对于其他元素被放大。此外，在认为适当的情况下，参考数字可在图中重复以指示对应或类似的元素。本专利技术的详细描述在以下详细描述中，阐述了许多具体细节以便提供对本专利技术的透彻理解。然而，本领域技术人员将理解，可以在没有这些具体细节的情况下实践本专利技术。在其他情况下，没有详细描述公知的方法、过程和组件，以免模糊本专利技术。本专利技术的实施方式可以针对使用喷墨打印系统来打印3D模型。为了打印复杂的形状，支撑材料被沉积在期望的区域处以在模型的构造期间支撑主体材料。当支撑材料和主体材料一起打印在同一层中时，形成包括支撑材料液滴和主体材料液滴的混合界面。在打印层硬化之后，在支撑材料和主体材料之间形成的界面是粗糙的。因此，在去除支撑材料并露出主体结构时，主体表面也会粗糙且充满微裂缝，这导致减小的机械强度和差的机械性质。在通常的实践中，在单次扫描期间沉积在一起的主体材料和支撑材料的液滴可能产生混合界面，并且在移除支撑材料时，微裂缝留在打印主体部件中。表面微裂缝可能导致一旦在负荷下就增加的微应力，以及打印部件的增加的脆性。通常实践的打印方法的结果具有差的机械性质和较细(例如较平滑)的表面粗糙度。除了脆性问题之外，因而得到的无光泽表面(即与有光泽表面相反的粗糙表面)的不规则形态可能导致以下问题：部件变形、较低的准确度、较低的尺寸稳定性、较高的吸水率、增加的蠕变、不均匀外观和其他不希望有的光学效应。上述问题中的至少一些可以通过昂贵和耗时的后处理例如打磨、抛光和涂漆来解决。表面裂缝可能由在主体材料和支撑材料液滴之间的重叠和/或混合引起。因此，在支撑和造型材料之间的直接接触的防止可以消除上述问题。在一些实施方式中，修改3D打印过程，并且在主体材料和支撑材料的沉积之间引入延迟。这样的过程明显提高了最终打印部件或物体的性能和外观。在没有与其他材料的任何混合界面的情况下沉积的模型或支撑材料的自由表面可能更平滑并具有更好的机械性质。有时，以逐层方式沉积的固体/固体界面和固体/液体界面可能导致具有较差机械性质的粗糙界面(混合界面)。本专利技术的实施方式可涉及用于打印由支撑结构支撑的3D物体的系统和方法，使得实质上没有混合界面在主体材料(形成3D物体)和支撑材料(形成支撑结构)之间形成。根据本专利技术的实施方式打印的3D物体可以具有更平滑的表面，其具有更少的微裂缝和更好的机械性质。3D物体和支撑结构的3D数字数据可以被生成为包括水平切片，该水平切片包括表示3D物体的水平横截面的一个或更多个主体区域以及可选地还包括与主体区域相邻并表示支撑结构的相应的水平横截面的一个或更多个支撑区域。可以进一步操纵3D数字数据以通过在主体区域和支撑区域之间执行垂直移位以在打印期间分离主体区域与支撑区域来创建一组移位切片。在一些实施方式中，当在单次扫描中根据所操纵的3D数字数据打印3D物体和支撑结构时，支撑材料的液滴和主体材料的液滴可行进不同的距离。在单次扫描中，可以沉积主体材料以形成第一高度的第一水平切片，并且可以沉积该支撑材料以形成在第二高度处的第二水平切片。在一些实施方式中，第二高度可以比第一高度高该垂直移位。参考图1，其示出根据本专利技术的一些实施方式的用于沉积3D物体的系统的图示。系统10可以包括打印单元20、供应系统30、控制器40、用户接口50以及制造平台或托盘60。控制器40可以配置成控制系统10的所有其它元件。打印单元20可以包括一个或更多个打印头22例如头1-n、一个或更多个硬化设备24以及一个或更多个调平设备26。打印头22可以被配置为使用任何喷墨方法来沉积材料。打印单元20可以在X和Y方向上都水平移动，并且在Z方向上垂直移动。打印头22可以包括例如布置在单行中或在二维阵列中的两个或更多个喷嘴本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种打印三维(3D)物体和所述3D物体的支撑结构的方法，所述方法包括：生成包括一组水平切片的3D横截面数字数据，其中每个所述切片包括表示所述3D物体的水平横截面的一个或更多个主体区域，并且一些所述切片中的至少每一个还包括与所述主体区域相邻并且表示所述支撑结构的相应的水平横截面的一个或更多个支撑区域；操纵所述3D数字数据以通过在同一水平切片的主体区域和支撑区域之间执行垂直移位来创建一组移位切片以创建打印数字数据，其中，一些所述移位切片中的至少每一个包括所述水平切片中的一个的主体区域连同所述水平切片中的另一个的支撑区域；以及基于所述打印数字数据来从打印头分层沉积主体材料和支撑材料，其中在同一扫描中，所述支撑材料的液滴和所述主体材料的液滴行进不同的距离。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.06.07 US 62/172,0961.一种打印三维(3D)物体和所述3D物体的支撑结构的方法，所述方法包括：生成包括一组水平切片的3D横截面数字数据，其中每个所述切片包括表示所述3D物体的水平横截面的一个或更多个主体区域，并且一些所述切片中的至少每一个还包括与所述主体区域相邻并且表示所述支撑结构的相应的水平横截面的一个或更多个支撑区域；操纵所述3D数字数据以通过在同一水平切片的主体区域和支撑区域之间执行垂直移位来创建一组移位切片以创建打印数字数据，其中，一些所述移位切片中的至少每一个包括所述水平切片中的一个的主体区域连同所述水平切片中的另一个的支撑区域；以及基于所述打印数字数据来从打印头分层沉积主体材料和支撑材料，其中在同一扫描中，所述支撑材料的液滴和所述主体材料的液滴行进不同的距离。2.根据权利要求1所述的方法，其中，沉积包括在同一扫描中创建与特定水平横截面相关的所述3D物体的区域连同与不同水平横截面层相关的所述支撑结构的区域。3.根据权利要求1所述的方法，还包括：基于在所述3D物体与所述支撑结构之间的几何关系来确定在所述主体区域和所述支撑区域之间的所述垂直移位的大小。4.根据权利要求3所述的方法，其中所述几何关系是在表示在所述主体区域和所述支撑区域之间的界面的表面与水平线之间形成的角度。5.根据权利要求4所述的方法，其中较高的角度需要较大的垂直移位。6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述3D横截面数字数据还包括一组垂直列，其中每个所述列包括表示所述3D物体的垂直列的主体区域的一个或更多个切片，并且一些所述列中的至少每一个还包括垂直地相邻于所述主体区域并且表示所述支撑结构的相应的垂直列的支撑区域的一个或更多个切片，以及其中，操纵所述3D数字数据还包括在每个垂直相邻的主体区域和支撑区域之间向每列添加打印过程中的延迟。7.根据权利要求1所述的方法，还包括：在至少一些所述扫描之后硬化所沉积的主体材料和所沉积的支撑材料。8.根据权利要求1所述的方法，其中，每个切片包括两个或更多个沉积层。9.根据权利要求1所述的方法，其中：操纵所述3D数字数据还包括：在至少一些所述切片中创建空位，使得在沉积所有层之后，所述3D物体和所述支撑结构两者在相同的高度处，其中在每个空位中，没有支撑材料或主体材料被滴下。10.一种用于打印三维(3D)物体和所述3D物体的支撑结构的系统，包括：打印...

【专利技术属性】
技术研发人员：丹尼尔·季科夫斯基，爱德华多·纳帕登斯凯，S·希尔施，叶夫根尼·莱文，约阿夫·布雷斯勒，
申请(专利权)人：斯特塔西有限公司，
类型：发明
国别省市：以色列,IL