[發明專利]3D打印軌跡控制方法、裝置和3D打印系統

有效

• 申請號: 201410127000.8
• 申請日: 2014-03-31
• 公開（公告）號: CN103895229A
• 公開（公告）日: 2014-07-02
• 發明（設計）人: 孫小勇;趙永廷;鄭彬;段宣明;范樹遷;黎靜;張祺;宋道磊
• 申請（專利權）人: 中國科學院重慶綠色智能技術研究院
• 主分類號: B29C67/00
• 分類號: B29C67/00
• 代理公司: 成都賽恩斯知識產權代理事務所(普通合伙) 51212
• 代理人: 朱月仙

技術領域

本發明涉及3D打印領域，特別涉及一種3D打印軌跡控制方法、裝置和3D打印系統。

背景技術

通常的3D打印方法采用逐層疊加的工藝方法，這種方法計算得到的打印軌跡曲線的特點是同層的高度值為定值，并且逐層計算時，向上疊加的數值也為定值。使用這種方法遇到模型輪廓斜率較小時，必須采取增加支撐結構的辦法，增加支撐材料勢必會增加材料及打印時間，一部分支撐材料對模型表面質量也會產生影響。

圖1示出了現有技術中在3D打印時的打印軌跡控制方法。如圖1所示，使用現有技術的打印方法打印圓形封閉曲面時，每層分割相同值ΔZ，打印模型1就會等分成無數的等高曲面2。這樣，在圓形的打印模型1的頂部斜率較小的位置，按照ΔZ分割的相近層3之間的橫向間距分別為x1、x2、x3，且橫向間距隨著斜率的減小而迅速增大。當橫向間距的值大于打印材料的直徑時，層與層之間就不能粘接在一起，造成打印失敗；或者在此處下方采取支撐結構4，這就造成打印材料和打印時間的浪費。

現階段的FDM（熔融擠壓沉積式）3D打印技術存在打印速度慢、復雜模型支撐結構多、效率低下等問題，有些斜率變化大的曲面打印精度差甚至不能打印成功，種種問題制約著3D打印技術的推廣和發展。

發明內容

本發明提供一種3D打印軌跡控制方法、裝置和3D打印系統，以解決現有技術中打印速度慢、復雜模型支撐結構多、效率低下等問題。

作為本發明的第一方面，提供了一種3D打印軌跡控制方法，包括：獲取待打印模型的三維模型；計算三維模型的外表面輪廓的斜率；設定沿斜率方向的第一上升增量；根據第一上升增量確定在豎直方向的第二上升增量；根據第二上升增量控制打印頭的運動軌跡，從而進行打印。

進一步地，還包括：計算同一層運動軌跡之間的高度差；判斷高度差是否大于第一預定值；在高度差大于第一預定值時，通過進絲調整策略對運動軌跡進行修正，以使高度差限定在預定的范圍內。

進一步地，進絲調整策略包括：根據高度差按比例調整進絲量。

進一步地，在高度差小于第一預定值時，繼續按照第二上升增量控制打印頭的運動軌跡。

作為本發明的第二方面，提供了一種3D打印軌跡控制裝置，包括：模型獲取模塊，用于獲取待打印模型的三維模型；斜率計算模塊，用于計算三維模型的外表面輪廓的斜率；斜率增量設定模塊，用于設定沿斜率方向的第一上升增量；豎直增量確定模塊，用于根據第一上升增量確定在豎直方向的第二上升增量；第一控制模塊，用于根據第二上升增量控制打印頭的運動軌跡，從而進行打印。

進一步地，還包括：高度差計算模塊，用于計算同一層運動軌跡之間的高度差；判斷模塊，用于判斷高度差是否大于第一預定值；第二控制模塊，用于在高度差大于第一預定值時，通過進絲調整策略對運動軌跡進行修正，以使高度差限定在預定的范圍內。

進一步地，還包括：進絲量計算模塊，用于根據高度差按比例調整進絲量，從而得到進絲調整策略。

進一步地，還包括：第二打印控制模塊，用于在高度差小于第一預定值時，繼續按照第二上升增量控制打印頭的運動軌跡。

作為本發明的第三方面，提供了一種3D打印系統，其特征在于，包括上述的3D打印軌跡控制裝置。

本發明在該模型的底部和頂部等斜率不同的地方，在斜率方向上的增量為定，從而使斜率較大的底部位置和斜率較小的頂部位置規劃的軌跡有明顯差別，即在斜率較小的頂部打印軌跡更加稠密，從而不需要支撐便可打印這些特殊位置。

附圖說明

圖1是現有方法打印軌跡示意圖；

圖2是本發明的打印軌跡示意圖；

圖3是本發明在同一層間產生高度差時的打印軌跡示意圖；

圖4是本發明3D打印軌跡控制方法的控制流程圖；

圖5是本發明中的3D打印軌跡控制裝置的結構示意圖。

具體實施方式

本發明公開了一種基于外輪廓斜率的3D打印方法。該方法主要通過判斷外輪廓斜率，計算每層打印需要升高的高度值，以及每層打印所需的軌跡曲線，每層軌跡可以不在同一高度平面內。本發明方法可在沒有支撐的情況下打印復雜曲面，能夠彌補現階段打印過程中支撐結構多、打印速度慢、效率低等缺陷，推動3D打印在更廣泛領域的應用。特別地，本發明適用于在沒有支撐結構的情況下，打印斜率較小的單層或薄層模型結構，增大了3D打印技術的使用范圍，提高3D打印效率。

作為本發明的第一方面，請參考圖1至圖4，提供了一種3D打印軌跡控制方法，包括：