多喷头3D打印机并行打印的方法技术

本发明专利技术公开了一种多喷头3D打印机并行打印的方法，实现多喷头3D打印机高效协同打印。包括：分析模型文件并添加支撑，切片并生成打印截面，将截面分区并规划打印路径，并按规划路径进行打印。本发明专利技术通过基于打印截面进行分区的方法，并结合打印时间预估算法，使得各喷头组件的打印产能得到充分利用，极大地提高了大尺寸3D打印的效率。

Parallel printing method of multi nozzle 3D printer

【技术实现步骤摘要】
多喷头3D打印机并行打印的方法
本专利技术属于3D打印机
，具体涉及一种多喷头3D打印机并行打印的方法。
技术介绍
3D打印技术是一种快速成形技术，它以数字三维模型文件为基础，将金属、塑料、光敏树脂等成型材料通过逐层打印的方式成型物体的技术，属于增材制造。目前基于熔融沉积成型（FDM：FusedDepositionModeling）原理的3D打印机由于结构简单，适用材料种类丰富，设备及耗材成本低等优势，已成为普及率最高的一种3D打印机。FDM打印机是通过将打印耗材熔融并挤成丝状后，由点到线再到面慢慢堆叠沉积成型的，因此和面成型的工艺的3D打印技术相比，其打印效率较低，特别是打印较大尺寸的模型时，时常需要数十小时才能完成，因此这就限制了该项技术应用于大尺寸打印机上。目前常见的提高打印效率的方法是增加单层层厚，而增加层厚后会导致打印精度变低，使得模型表面变得粗糙。因此通过简单增加层厚来提高效率并不是理想选择。目前已有专利提出了通过多喷头并行打印来提高打印效率的结构和方法，如申请号为201510706198.X的专利技术专利《一种多喷头3D打印机及其协同打印方法》，其提供了一种通过多喷头并行打印来提高打印效率的方法，其给出的方法是通过将多喷头3D打印机的打印平台按喷头数量平均分成N个打印分区，之后先按单喷头的切片算法进行模型切片及路径规划，再对落入不同分区的路径进行重新规划，为了避免相邻两个喷头在并行打印过程中产生干涉，其采用的策略是将每个打印分区再一分为二，得到左右两个子分区。然后在打印时每个打印头均同步打印各自的左子分区或右子分区，待全部完成后，再一起切换到下一分区。该方案优点在于其采用了多喷头并行打印的思路，从而提高了打印速度，并且其采用的切片算法与单喷头基本一致，只在整体切片完成后对落入不同分区的路径做二次分配，其避免相邻喷头干涉的方法是进一步等分子分区，实现所有喷头打印动作的同步，算法简单，易于实现。但其缺点也十分突出，其采用直接对打印平台进行平均分区的方法，虽然易于操作，但其无法考虑到待打印模型每个截面的实际情况，这样就无法充分使用多喷头的打印资源，导致打印效率降低。例如打印一个截面为菱形的模型，如图1所示，按其描述的方法，假设菱形横跨3个分区，分别是第1分区11、第2分区12以及第3分区13，每一分区又被分为左右两个子分区，在打印的时候三个喷头分别打印第1左子分区111、第2左子分区121以及第3左子分区131。而由于在填充密度相同时，FDM打印机单层打印时间跟打印区域的截面积正相关，可以理解为近似的正比关系。因此不难理解第1左子分区111会首先打印完成，接着是第3子分区131，最后是第2子分区121。为了不产生干涉，打印机需要等三个左子分区均打印完成后，再一起开始打印三个右子分区，同样三个右子分区也不会同时打印完成。可以看出，三个喷头中有两个喷头会频繁出现闲置，并行打印的效率并不能得到充分发挥。申请号为201410534951.7的专利技术专利申请《至少两个打印头的3D打印机的控制方法、打印方法》以及同一申请人提交的申请号为201410445615.5、201410445661.5、201410445664.9、201410445665.3的其他几个基于同一思路的专利技术专利申请中展示了另一种并行打印的控制方法。该类方案的核心思路是将打印截面等面积地划分出打印头数量2倍的分区。以双打印头为例，其划分出“田”字形的4个区域，位于4个区域中心交界位置的圆形区域是其所述的冲突区域，两个打印头先各自打对应的非冲突区域，之后由其中一个打印头打印中间圆形的冲突区域，这样就解决了多喷头干涉的问题。该方案的最大缺陷在于，其只考虑到喷头的物理尺寸，而将驱动喷头运动的X、Y轴运动机构理想化为宽度为0的一条线，分区方案中并未考虑可能由运动机构造成的冲突区域，因此该方案若要实施的话，其喷头的驱动机构只能是类似串联机械手这类结构，并且摆放位置还有诸多限制。因此实现复杂、成本高，实用性并不理想。如上分析，可以看出现有技术中多喷头并行打印的方案并不是非常理想。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术提供了一种多喷头3D打印机并行打印的方法，通过采用基于打印截面划分分区的方法，并结合打印时间预估算法及分区算法，使得各喷头组件的打印产能得到充分利用，极大地提高了大尺寸3D打印的效率。为了达到上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：提出一种多喷头3D打印机并行打印的方法，包括以下步骤：（1）获取并分析模型文件，在需要的地方添加支撑结构。（2）将模型文件切片并生成每一打印层的截面，所述截面按类型、填充方式、填充率、材料、打印丝宽或打印速度的不同进行区分，并分别记录对应截面，所述类型是指该区域是模型部分或支撑部分，填充方式指内部填充的样式，常见的填充方式有线条填充、方格填充、三角填充、六边形填充、立体填充等，填充率指某一区域填充材料所占面积与该区域面积的比值。（3）将所述截面整体分割成K个分区，所述K个分区沿X轴方向依次排列，并选取K个喷头组件，分别规划每个喷头组件的打印路径，使打印过程中各喷头组件之间不会出现干涉，所述K≤T且K为正整数，所述T为喷头组件数量。现有技术中的分区方法是按面积平均分区。（4）K个喷头组件按照各自规划好的路径同时进行打印。需要说明的是，所述分区沿X轴方向依次排列是为叙述方便，基于实施例中的多喷头打印机结构而言，并非限定具体实施时一定要按X轴方向排列分区。优选的，所述截面整体划分成K个分区的方法是采用计算各分区预估打印时间或相对打印时间，所述相对打印时间是指利用与打印时间成正比或近似成正比的参数值作为打印时间，如打印速度相同时，打印时间近似和打印路径长度成正比，因此比较路径长度即可间接知道两者打印时间之间的关系。利用各分区的预估打印时间或相对打印时间，即可判断比较出不同分区方式之间哪种分区方式的总打印时间最少。理想情况下总打印时间最少的分区方式是，利用上全部的喷头组件，并且每个喷头组件均能够实现满负荷工作，但实际情况在于当分区过小时，相邻喷头组件之间就可能会频繁出现干涉，为避免干涉，多个喷头组件就需要分时打印冲突区域，这样喷头组件的打印产能就会出现闲置，导致总的打印时间变长。因此确定分区数量K需要根据打印截面的实际情况而定，找出采用不同分区数量时各种分区方式中的最优方案。计算预估打印时间最精确的做法是先规划打印路径，再按设置的打印速度、打印机的加速度等参数结合主板的运动控制算法，计算走完整个路径需要的时间。优选的，因为上述计算法方法计算量很大，会导致切片时间变得非常长。为简化计算，可以通过计算与打印时间呈近似线性比例关系的参数来估算打印时间。忽略掉打印动作中的加减速等情况，将各运动路径均理想化为匀速运动，则可以发现打印时间t与路径长度L成正比，而与运动速度v成反比，即t=L/v。结合打印丝宽度b、填充率A以及分区面积S，可以发现分区中的实际打印面积Sp=S·A=L·b，因此可以推出t=(S·A)/(本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.多喷头3D打印机并行打印的方法，其特征在于，包括以下步骤：/n（1）获取并分析模型文件，在需要的地方添加支撑结构；/n（2）将模型文件切片并生成每一打印层的截面，所述截面按类型、填充率、材料、打印丝宽或打印速度的不同进行区分，并分别记录对应截面；/n（3）将所述截面整体分割成K个分区，所述K个分区沿X轴方向依次排列，并选取K个喷头组件，分别规划每个喷头组件的打印路径，使打印过程中各喷头组件之间不会出现干涉，所述K≤T且K为正整数；/n（4）K个喷头组件按照各自规划好的路径同时进行打印。/n

【技术特征摘要】
1.多喷头3D打印机并行打印的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）获取并分析模型文件，在需要的地方添加支撑结构；
（2）将模型文件切片并生成每一打印层的截面，所述截面按类型、填充率、材料、打印丝宽或打印速度的不同进行区分，并分别记录对应截面；
（3）将所述截面整体分割成K个分区，所述K个分区沿X轴方向依次排列，并选取K个喷头组件，分别规划每个喷头组件的打印路径，使打印过程中各喷头组件之间不会出现干涉，所述K≤T且K为正整数；
（4）K个喷头组件按照各自规划好的路径同时进行打印。


2.如权利要求1所述的多喷头并行打印的方法，其特征在于，所述截面整体划分成K个分区的方法是采用计算各分区的预估打印时间或相对打印时间，来计算并确定总打印时间最少的分区方式。


3.如权利要求2所述的多喷头并行打印的方法，其特征在于，所述各分区预估打印时间的计算方法是通过公式计算每个分区的预估打印时间。


4.如权利要求2所述的多喷头并行打印的方法，其特征在于，所述计算各分区相对打印时间的方法是以各分区实际打印面积值作为相对打印时间。


5.如权利要求2所述的多喷头并行打印的方法，其特征在于，划分的每个分区都包含沿X轴方向排列的左右两个子分区，所述分别规划每个喷头组件的打印路径的方法是规划所有喷头组件...

【专利技术属性】
技术研发人员：严铜，
申请(专利权)人：严铜，
类型：发明
国别省市：江苏;32