一种变截面成型端的3D打印扫描成型装置及控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种变截面成型端的3D打印扫描成型装置及控制方法，其中成型装置中的成型端截面可以根据打印需求在最大与最小长度之间进行变化。与该成型装置相适应的控制方法为：将每层待打印区域分为边界与内部两部分，对打印质量要求不高的内部区域采用最长或较长的成型端截面打印，而对打印质量要求较高的边界区域则采用最短或较短的成型端截面来打印。本发明专利技术公开的成型装置及控制方法能根据不同打印需求采用相应的成型端截面来打印，因此它既能利用较长的成型端截面来有效地提高打印速度和效率，还能利用较短的成型端截面来有力保证打印精度和质量。本发明专利技术适用于熔融沉积型等多种扫描成型的3D打印技术工艺类型，同时打印对象适用范围也很广。

3D printing scanning forming device and control method for variable cross-section molding end

The invention discloses a 3D printing and scanning forming device for variable cross-section forming end and a control method thereof, wherein the forming end section of the forming device can be changed between the maximum and the minimum length according to printing requirements. The control method adapted to the forming device is: dividing the area to be printed into two parts: boundary and interior, using the longest or longer section of the forming end to print the interior area which does not require high printing quality, and adopting the shortest or shortest section of the forming end to print the boundary area which requires high printing quality. The forming device and control method disclosed in the invention can print according to different printing requirements by adopting corresponding forming end section, so it can effectively improve printing speed and efficiency by using longer forming end section, and can effectively guarantee printing accuracy and quality by using shorter forming end section. The invention is suitable for various types of 3D printing technology, such as fused deposition type and other scanning molding, and the application range of printing objects is also wide.

【技术实现步骤摘要】
一种变截面成型端的3D打印扫描成型装置及控制方法
本专利技术涉及3D打印领域，具体地说是一种成型端截面长度可变的3D打印扫描成型装置及其控制方法。
技术介绍
3D打印是增材制造技术的俗称，是一种以数字模型文件为基础，采用离散材料（液体、粉末、丝、片、板、块等）通过逐层打印、层层堆积的方式来构造物体的技术。3D打印存在着许多不同的技术工艺。常见的3D打印技术工艺有熔融沉积成型、选择性激光烧结成型、激光选区熔化成型、光固化立体成型、三维打印成型等。这些技术工艺的主要区别在于材料以及材料粘合或聚合方式有所不同。对大多数3D打印技术来说，虽然技术工艺不一样，但它们的成型方式都相同，均为逐点扫描成层，再层层累积成体。例如，熔融沉积成型主要靠一个带圆孔喷嘴的喷头吐丝扫描形成每层平面，而选择性激光烧结成型、激光选区熔化成型等也都是采用单束激光对材料扫描成型。本专利技术中，成型端截面指的是3D打印成型端在固定不动时一次成型所得到对象的截面。对熔融沉积成型来说，成型端截面与喷头的喷嘴截面大小相同；而对激光成型方式来说，激光成型的光斑图形则为其对应的成型端截面。3D打印成型端截面对3D打印的打印精度和打印速度有重要影响。成型端截面越大，代表打印喷嘴或激光光斑越大，这样一次扫描的成型面积也越大，从而使得打印速度较快，但同时也会导致打印精度和质量下降；反之，如果成型端截面变小，打印精度则会提高，但又会导致打印速度变慢。对现有按扫描成型的3D打印技术来说，打印精度与速度不可兼得，是一对不可调和的矛盾。经检索，现有技术中，申请号为201610257027.8的中国专利技术专利公开了一种用于3D打印机的成型端线型扫描成型控制方法及装置。该专利技术提供了一种线型扫描成型方式来完成3D打印，同时该专利技术中的成型端截面为长条形或长条状线型结构，固定不变。但扫描成型路径宽度可以在转向电机的辅助下调整改变。该专利技术由于扫描成型路径为线型，限制了扫描路径的灵活性，导致对成型对象形状要求很高。也即，该专利技术适合打印具有线型轮廓边界的物体，而对一般曲线轮廓边界的物体如圆饼等对象则适用性较差，因此适用范围有限。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种3D打印成型装置及控制方法，既可以提高3D打印的打印速度，同时又不会降低3D打印的打印质量和精度。本专利技术适用于熔融沉积型、选择性激光烧结成型、激光选区熔化成型、光固化立体成型、三维打印成型等多种技术工艺的3D打印机，适用范围广。为实现上述目的，本专利技术提供了一种成型端截面可变的3D打印扫描成型装置，其关键技术特点是成型端截面长度可以根据打印需求在最大长度与最小长度之间进行改变。在上述成型装置的基础上，本专利技术还提供了一种相应的成型控制方法，其特征在于：（1）对所成型打印对象的每一层时，将其区分为边界与内部两部分区域；（2）对该层的边界区域，根据打印精度要求采用最小或较小长度的成型端截面来扫描成型，而对该层内部区域，则根据打印时间要求采用以最大或较大长度的成型端截面来扫描成型；（3）边界与内部区域两部分对象的打印顺序可灵活处理，可以先边界再内部，也可以先内部再边界，还可以按交替混合顺序打印。本专利技术所述的成型装置还包括可以使成型端截面旋转的转向电机。当采用最大或较大长度的成型端截面扫描成型时，该转向电机可以控制成型端截面绕垂直于扫描成型平面方向进行连续旋转，使成型端截面的长度方向与扫描路径的前进方向成一定夹角或符合其它条件，保证对任意路径扫描成型时成型线宽不变或满足具体打印需要。所述转向电机为由数字化精确控制的转向电机。作为本专利技术的更进一步改进，所述成型端的出料方向与扫描平面的夹角小于90度。有益效果：与现有技术相比，本专利技术所公开的3D打印扫描成型装置及控制方法有以下三个优点。1、速度快：在扫描成型对象切片的每一层时，对成型面积占绝大部分比例的内部区域采用最大或较大长度的成型端截面来扫描成型，增大了扫描路径的宽度，扩大了每一次的扫描成型面积，从而有效地提升了打印速度和效率。2、精度可控：在扫描成型对象切片每一层的内外轮廓边界时，采用最小或较小长度的成型端截面来扫描，能较好适应内外轮廓的复杂形状要求，有效控制3D打印的打印精度，有力地保证了3D打印的打印质量。3、适用广：（1）适用技术范围广。本专利技术在技术上适用于熔融沉积型、选择性激光烧结成型、激光选区熔化成型、光固化立体成型、三维打印成型等多种扫描成型的3D打印技术工艺类型；（2）适用对象范围广。本专利技术不仅适用于线型轮廓边界物体，也适用于非线型轮廓边界物体，对打印对象外形几乎没有限制，任何普通扫描成型端可以打印的对象用本专利技术的装置与方法均可打印。附图说明图1为本专利技术的3D打印扫描成型端装置的结构示意图，其中1为扫描成型端；2为转向电机；3为成型端截面。图2为本专利技术的3D打印扫描成型端截面的示意图之一，其中2a为最大长度的截面，2b为中间长度的截面，2c为最小长度的截面。图3为本专利技术的3D打印扫描成型端截面的示意图之二，其中3a为最大长度的截面，3b为中间长度的截面，3c为最小长度的截面。图4为本专利技术的变截面成型端在转向电机控制下沿任意路径扫描成型的分区示意图，其中1与2代表边界区域，采用最小长度的成型端截面扫描成型；3代表内部区域，采用最大长度的成型端截面扫描成型。具体实施方式下面以熔融沉积型3D打印机为例描述本专利技术的实施例。本专利技术的具体实施方式如图1至2所示，3D打印成型装置的主要结构为扫描成型端1和转向电机2。其中，成型端1就是熔融沉积成型3D打印机中的喷头。丝状打印材料从喷头中挤压出来，通过熔融沉积方式实现3D打印成型。成型端截面3为喷头中出料喷嘴的截面。成型端截面可以是多孔结构，孔的形状和数量不限，排列方式也不限，只要可以通过控制某些孔或每一个孔的出料情况来改变成型端截面长度即可。如图2a所示为五孔排列结构，每个孔为孔径相等的圆形，孔径为0.4mm。可以通过控制左右端头两个孔的出料情况使成型端截面的长度在0.4mm和2mm之间切换，如图2c所示。除此之外，还可以根据打印需要增加更多中间长度的成型端截面，如图2b所示。转向电机2设置在扫描成型机构1的上方，它可控制扫描成型端1绕垂直于扫描成型平面方向进行连续旋转，使成型端截面的长度方向与扫描路径的前进方向成一定夹角或符合其它条件，保证对任意路径扫描成型时成型线宽不变或满足具体打印需要。一种用于熔融沉积成型3D打印的扫描成型方法，以图2所述的成型端截面为例，包括以下核心步骤：对所成型打印对象的每一层时，将其区分为边界区域与内部区域两部分；对该层的边界区域，采用最小长度即一个圆孔长度为0.4mm的成型端截面来扫描成型，而对内部区域，则以最大长度即五个圆孔长度为2mm的成型端截面为主，以一个圆孔0.4mm长的成型端截面为辅来扫描成型。两部分区域对象的打印顺序可灵活处理，可以先边界再内部，也可以先内部再边界，还可以按交替顺序打印。以图4为例，设该扫描路径宽度为20mm，若使用目前熔融沉积成型3D打印机上标配的0.4mm口径喷嘴需要来回扫描50次；而使用本实施例中的扫描装置与方法只需来回14次，其中采用单孔成型端截面分别在区域1和区域2扫描2次和3次，采用5孔成型端截面在区域3扫描9次；扫描成型时间约为原先所需时间的14/50即2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种3D打印扫描成型装置，其特征在于：（1）扫描成型装置在工作时，成型端截面长度可以根据打印需求在最大长度与最小长度之间进行改变；（2）扫描成型装置包括可以使成型端截面绕垂直于扫描成型平面方向进行旋转的转向电机，使得成型端在进行任意路径扫描成型时可以保持成型线宽符合具体打印需求，所述转向电机为由数字化精确控制的转向电机。

【技术特征摘要】
1.一种3D打印扫描成型装置，其特征在于：（1）扫描成型装置在工作时，成型端截面长度可以根据打印需求在最大长度与最小长度之间进行改变；（2）扫描成型装置包括可以使成型端截面绕垂直于扫描成型平面方向进行旋转的转向电机，使得成型端在进行任意路径扫描成型时可以保持成型线宽符合具体打印需求，所述转向电机为由数字化精确控制的转向电机。2.一种3D打印扫描成型控制方法，其特征在于：（1）对所成型打印对象的每一层时，将其区分为边界与内部两部分区域；（2）对该层的边界区域，根据打印精度要求采用最小或较小长度的成型端截面来扫描成型，而对该层内部区域，则根据打印时间要求采用以最大或较大长度的成型端截面来扫描成型；（...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐文鹏，曾艳阳，张建春，
申请(专利权)人：河南理工大学，
类型：发明
国别省市：河南,41