挤出式3D快速打印方法技术

本发明专利技术公开了一种挤出式3D快速打印方法，通过建立模块集，构建3D打印模型的打印数据，确定填充模块集后剩余填充空间的余量，进而形成新的3D打印空间位置、尺寸、结构和打印流程信息构建，最终随着3D打印进程和模块集填入完成全部3D打印过程。其方法大大提高了打印效率，降低了打印成本，缩短了3D打印时间，配合相应机械手的操作可与3D打印机一起形成全自动打印过程，打印出的3D产品结构强度高、重量轻、适用性好，可满足不同空间结构产品的3D打印需要。

【技术实现步骤摘要】
挤出式3D快速打印方法
本专利技术涉及一种打印方法，特别涉及一种以模块填充为基础、可明显增加3D打印速度和打印强度的挤出式3D快速打印方法，属于3D打印

技术介绍
3D打印技术的出现，简化了很多企业在产品设计初期模型建造的过程，使原来工业生产中开模-打样-修改-再开模-再打样-再修改的产品研发方式转变为只需在3D打印机中输入相应3D打印模型信息就可完成产品的3D打样，不仅操作方便、使用灵活，打印产品的复杂性不受以往开模技术的影响，适用性强，而且成本低、周期短，可根据需要随时进行产品修改或打印，大大提高了打印的灵活性和研发效率，特别是对于需要反复修改、打样的产品来说，简单的3D打印模型信息修改，就能完成打印结构或形状的调整，成本大幅降低，经济性明显改善。现有3D打印技术采用挤出方式进行产品构建和打印，打印过程中以切片方式逐层打印，除产品表面结构和形状需要逐层打印外，在产品结构内部还存在大量的填充空间需要打印，不仅消耗大量打印耗材，浪费大量打印时间，影响3D打印效率，而且填充成本和填充打印时间甚至会超过表面结构打印成本和打印时间，严重影响打印费用，降低打印速度，是3D打印周期较长、较贵的一个关键因素，同时，挤出式打印方式在层与层之间的打印界面上，打印产品的结构强度相对较低，容易产生断裂，特别是长径比较大的产品，其断裂的方式概率更高。上述缺点给3D打印的全面推广带来一定的负面影响，于是，对现有3D打印方式进行改进，以克服上述现有3D打印技术中存在的不足，就成为本专利技术想要解决的问题。
技术实现思路
鉴于上述现有情况和不足，本专利技术旨在提供一种以3D打印技术为基础，结合相应的模块填充，形成一套挤出式3D快速打印方法，从而提高3D打印速度、缩短3D打印时间、改善3D打印结构强度，实现优化3D打印过程的目的。本专利技术是通过以下技术方案来实现的：挤出式3D快速打印方法，具体步骤包括:步骤1、建立木制、石膏或聚乙烯制成的模块集，包括两个以上边长为1厘米的填充正方体、两个以上边长为2厘米的填充正方体和两个以上边长为5厘米的填充正方体。步骤2、通过3D打印机对3D打印模型进行打印数据构建。步骤3、在满足最小模块集填充条件的前提下，计算3D打印模型中需填充模块集的每个填充空间的空间信息，在每个填充空间保留1cm边沿的前提下，根据每个填充空间的空间信息计算剩余填充空间所能放置的最大正方形立柱的体积，并根据填充正方体的尺寸以凑整方式计算出组合所述最大正方形立柱实际需要的填充正方体数量和种类，根据实际需要填充正方体数量和种类计算实际被填充空间，并将剩余空间确定为通过3D打印机打印，完成3D打印空间位置、尺寸、结构和打印流程的信息构建。步骤4、根据构建信息，启动3D打印机进行打印。步骤5、当3D打印完成一个单位的填充正方体填充空间的结构打印后，3D打印机暂停，外界机械手或人工将该填充正方体放入到对应的该层打印完成的填充空间中，填入的填充正方体顶面与打印完成的填充空间顶面平齐，3D打印机再次启动，继续完成后续3D打印过程。步骤6、直至全部3D打印过程完成。所述步骤5中，位于上层填充正方体的底面中心还设有突起，与突起位置对应的位于下层填充正方体的顶面中心设有相配合的凹坑，填充正方体叠放时，位于上层填充正方体突起卡持并嵌入在下层填充正方体的凹坑中。所述突起和凹坑分别为半圆形。本专利技术所述的挤出式3D快速打印方法的有益效果包括：1、将模块填充和3D打印过程相结合，完成3D打印过程中只起到支撑作用的填充空间的快速填充、打印，大大提高了打印效率，降低了打印成本，缩短了3D打印时间。2、通过建立模块集，使定向填充过程更方便，使用更简单，配合相应的机械手，可与3D打印机一起形成全自动打印过程。3、模块集的填充，降低了3D打印耗材的消耗，增强了3D打印产品的内部结构强度，同时，填充正方体上突起和凹坑的配合，进一步提高了叠加时填充正方体间的结构稳定性，克服了以往3D打印产品较脆、强度低、易断裂的缺点，对于一些受剪切力较大的3D打印结构来说，其强度提升和适用性都明显改善。4、模块化填充适用范围广、使用方便、可与不同3D打印耗材配合使用，甚至还可降低3D打印产品重量，满足不同空间结构产品的加工需要。附图说明图1为本专利技术所述挤出式3D快速打印方法的打印过程结构示意图。具体实施方式以石膏为原料制成模块集为例，结合附图1对本专利技术做进一步的详细描述：本专利技术所述的挤出式3D快速打印方法，具体步骤包括:步骤1、以石膏制成模块集，包括十个边长为1厘米的填充正方体、五个边长为2厘米的填充正方体和两个边长为5厘米的填充正方体。其中，四个边长为1厘米的填充正方体、两个边长为2厘米的填充正方体和一个边长为5厘米的填充正方体的顶面中心设有凹坑，底面中心保持平整，而其它填充正方体则在顶面中心设有凹坑，在底面中心设有与凹坑位置、形状相配合的突起。当然，模块集也可以为木制或聚乙烯等材料制成。建立的模块集中，各填充正方体的数量可根据需要设置为更多个，只要能满足实际使用需要即可。步骤2、通过3D打印机对3D打印模型进行打印数据构建。步骤3、在满足最小模块集填充条件的前提下，计算3D打印模型中需填充模块集的每个填充空间的空间信息，在每个填充空间保留1cm边沿的前提下，根据每个填充空间的空间信息计算剩余填充空间所能放置的最大正方形立柱的体积，并根据填充正方体的尺寸以凑整方式计算出组合所述最大正方形立柱实际需要的填充正方体数量和种类，根据填充正方体数量和种类计算实际被填充空间，并将剩余空间确定为通过3D打印机打印，完成3D打印空间位置、尺寸、结构和打印流程的信息构建。本例中，如图1所示，满足最小填充要求的填充空间有两个，一个为竖直状填充空间1，一个为水平状填充空间2，分别计算两个填充空间的空间信息，为后续编排填充正方体的数量、种类和方式提供帮助。当然，如果没有满足最小填充模块集的填充空间，则3D打印机会根据步骤2的打印数据构建结果，直接进入步骤4完成后续3D打印过程。保留1cm3D打印边沿3的前提条件，可以满足通常情况下3D打印产品的支撑需要，确保打印结构具有一定的强度和韧性。在保留1cm3D打印边沿3的前提下，根据每个填充空间的空间信息减去相应留边所占据的体积，得到剩余填充空间信息，根据剩余填充空间信息进行最大正方形立柱的空间模拟放置，得到可以放置的最大正方形立柱的体积，结合步骤1中设置的模块集，以凑整方式确定出组合最大正方形立柱实际所需的各个填充正方体4的种类、数量以及叠放方式，再通过实际所需填充正方体4种类、数量和叠放方式计算出填充正方体4实际占用的体积，通过每个填充空间的空间信息减去实际占用体积就可得到去除被填充体积外实际需要的3D打印体积，进而完成3D打印空间位置、尺寸、结构和打印流程的信息构建。本例中，水平状填充空间2模拟放置的最大正方形立柱的体积为10.658立方厘米，其正方形边长和高分别为2.2cm，可以使用1个只带有凹坑的、边长为2厘米的填充正方体进行填充，剩余的0.2厘米边长和高则由3D打印完成，由于凹坑较小，其3D打印时可能产生的填充量可以忽略；竖直状填充空间1中模拟放置的最大正方形立柱的体积为150立方厘米，其正方形边长为5cm，高为6cm，可以使用2个边长为5本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.挤出式3D快速打印方法，其特征在于，具体步骤包括:步骤1、建立木制、石膏或聚乙烯制成的模块集，包括两个以上边长为1厘米的填充正方体、两个以上边长为2厘米的填充正方体和两个以上边长为5厘米的填充正方体；步骤2、通过3D打印机对3D打印模型进行打印数据构建；步骤3、在满足最小模块集填充条件的前提下，计算3D打印模型中需填充模块集的每个填充空间的空间信息，在每个填充空间保留1cm边沿的前提下，根据每个填充空间的空间信息计算剩余填充空间所能放置的最大正方形立柱的体积，并根据填充正方体的尺寸以凑整方式计算出组合所述最大正方形立柱实际需要的填充正方体数量和种类，根据实际需要填充正方体数量和种类计算实际被填充空间，并将剩余空间确定为通过3D打印机打印，完成3D打印空间位置、尺寸、结构和打印流程的信息构建；步骤4、根据构建信息，启动3D打印机进行打印；步骤5、当3D打印完成一个单位的填充正方体填充空间的结构打印后，3D打印机暂停，外界机械手或人工将该填充正方体放入到对应的该层打印完成的填充空间中，填入的填充正方体顶面与打印完成的填充空间顶面平齐，3D打印机再次启动，继续完成后续3D打印过程；步骤6、直至全部3D打印过程完成。...

【技术特征摘要】
1.挤出式3D快速打印方法，其特征在于，具体步骤包括:步骤1、建立木制、石膏或聚乙烯制成的模块集，包括两个以上边长为1厘米的填充正方体、两个以上边长为2厘米的填充正方体和两个以上边长为5厘米的填充正方体；步骤2、通过3D打印机对3D打印模型进行打印数据构建；步骤3、在满足最小模块集填充条件的前提下，计算3D打印模型中需填充模块集的每个填充空间的空间信息，在每个填充空间保留1cm边沿的前提下，根据每个填充空间的空间信息计算剩余填充空间所能放置的最大正方形立柱的体积，并根据填充正方体的尺寸以凑整方式计算出组合所述最大正方形立柱实际需要的填充正方体数量和种类，根据实际需要填充正方体数量和种类计算实际被填充空间，并将剩余空间确定为通过3D打印机打印，完成3D打印空间位置、尺寸、结构和...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙思远，
申请(专利权)人：孙思远，
类型：发明
国别省市：北京,11