实现并行打印的喷头装置及3D打印方法

摘要

本发明公开了实现并行打印的喷头装置及3D打印方法，包括底板和多个喷头；多个喷头均布在底板上，底板上划分有面积相等的网格区域，每一个网格区域内设有一个喷头；喷头上设有原料喷嘴和乳胶喷嘴。通过对打印物体进行扫描、切片、投影，依据外轮廓参数确定乳胶挤出区域，在有像素的网格区域内，对应喷头的原料喷嘴进行原料挤出；在乳胶挤出区域内，通过乳胶喷嘴进行乳胶挤出；循环工作，完成整个打印过程。本发明实现了多喷头的并行打印，提高了打印速度，通过在投影图像区域外部设置乳胶支撑，可以实现空心打印，降低了原料的消耗。

权利要求

1.一种基于喷头装置实现并行打印的3D打印方法，其特征在于：该喷头装置包括底板和多个喷头，多个所述喷头均布在所述底板上，所述底板上划分有面积相等的网格区域，每一个所述网格区域内设有一个喷头；

所述喷头上设有原料喷嘴和乳胶喷嘴；

该3D打印方法包括以下步骤：

步骤一、将需要打印的物体通过扫描仪立体成像在3D打印机的切片软件中,同时存储需要打印物体的外轮廓参数；

步骤二、切片软件对成像的3D图像进行切片；

步骤三、将第一张切片垂直于打印机的打印底板进行柱状投影，在喷头装置的底板上形成投影图像区域；

步骤四、在投影图像区域外侧依据所述外轮廓参数确定乳胶挤出区域；

步骤五、选择底板上的投影图像区域以及乳胶挤出区域所对应的喷头，并启动；

步骤六、电机控制被启动的喷头在其对应的网格区域内由左至右进行线性打印、由上至下依次打印，被启动的喷头包括：原料喷嘴、乳胶喷嘴；

步骤七、在投影图像区域内，原料喷嘴挤出原料；在乳胶挤出区域内，乳胶喷嘴挤出乳胶；

步骤八、切片软件的第一个切片打印完成；待已打印材料凝固后，切片软件提供下一张切片图，循环工作直至3D切片软件中的最后一张切片打印完成自动停止。

2.如权利要求1所述的基于喷头装置实现并行打印的3D打印方法，其特征在于，每个所述喷头控制的打印面积包括每个所述喷头对应的网格区域内的面积与网格区域右侧、下侧的网格线区域面积。

3.如权利要求1所述的基于喷头装置实现并行打印的3D打印方法，其特征在于，还包括电机，所述电机与所有所述喷头相连，用于控制所述喷头在其相对应的网格区域内由左至右、由上至下依次打印。

4.如权利要求1所述的基于喷头装置实现并行打印的3D打印方法，其特征在于，在步骤一和步骤二之间还包括：步骤九、对成像的3D图像进行缩放和修理。

5.如权利要求1所述的基于喷头装置实现并行打印的3D打印方法，其特征在于，所述步骤一中，在切片软件中形成的3D立体图像是一个封闭的图像，所述外轮廓参数包括壁厚、坐标和角度。

6.如权利要求1所述的基于喷头装置实现并行打印的3D打印方法，其特征在于，所述步骤二中，切片软件对成像的3D图像进行切片的切片厚度为0.2mm～0.3mm。

7.如权利要求1所述的基于喷头装置实现并行打印的3D打印方法，其特征在于，所述步骤七中，所述乳胶选用水溶性乳胶。

8.如权利要求1所述的基于喷头装置实现并行打印的3D打印方法，其特征在于，所述步骤四包括：将外轮廓参数通过3D打印机处理器的分析和处理，判断出不同切片下投影图像区域外部所需乳胶的宽度，确定乳胶挤出区域。

说明书

实现并行打印的喷头装置及3D打印方法

技术领域

[0001] 本发明涉及3D打印领域，尤其涉及实现并行打印的喷头装置及3D打印方法。

背景技术

[0002] 3D打印机又称三维打印机，是一种累积制造技术，即快速成形技术的一种机器，它是一种数字模型文件为基础，运用特殊塑料、蜡材、粉末状金属等可粘合材料，通过打印一层层的粘合材料来制造三维的物体。现阶段三维打印机被用来制造产品。逐层打印的方式来构造物体的技术。3D打印机的原理是把数据和原料放进3D打印机中，机器会按照程序把产品一层层造出来。3D打印机堆叠薄层的形式有多种多样。3D打印机与传统打印机最大的区别在于它使用的“墨水”是实实在在的原材料，堆叠薄层的形式有多种多样，可用于打印的介质种类多样，从繁多的塑料到金属、陶瓷以及橡胶类物质。有些打印机还能结合不同介质，令打印出来的物体一头坚硬而另一头柔软。

[0003] 传统的3D打印机只有单喷头或者双喷头执行的点式打印。传统的3D打印机打印过程中需要在打印物体中间添加喷头的细拉丝起支撑作用以便于上层打印的顺利进行。这样单喷头在整个面上滑动打印浪费时间而且打印的东西(如：QQ公仔)都是近乎实心的；这种传统3D打印机主要存在以下两个问题：

[0004] 1、打印时间长，因为是一个喷头或者双喷头以点为单位在工作，大大的降低了打印的效率。

[0005] 2、材料耗费多，因为传统的3D打印机的喷头只有一个原料入口为了塑型帮助上层的打印在上下有空隙处用细线拉丝起支撑的作用。一个喷头在拉丝作支撑的过程中无疑又延长了许多打印时间。

发明内容

[0006] 针对上述问题中存在的不足之处，本发明提供实现并行打印的喷头装置及3D打印方法。

[0007] 为实现上述目的，本发明提供一种实现并行打印的喷头装置，包括底板和多个喷头；

[0008] 多个所述喷头均布在所述底板上，所述底板上划分有面积相等的网格区域，每一个所述网格区域内设有一个喷头；

[0009] 所述喷头上设有原料喷嘴和乳胶喷嘴。

[0010] 作为本发明的进一步改进，每个所述喷头控制的打印面积为每个所述喷头对应的网格区域内的面积与网格区域右侧、下侧的网格线区域面积。

[0011] 作为本发明的进一步改进，还包括电机，所述电机与所有所述喷头相连，用于控制所述喷头在其相对应的网格区域内由左至右、由上至下依次打印；每个所述喷头依据其对应的网格区域内的投影，控制原料喷嘴和乳胶喷嘴的开闭。

[0012] 本发明还公开了一种实现并行打印的3D打印方法，包括以下步骤：

[0013] 步骤一、将需要打印的物体通过扫描仪立体成像在3D打印机的切片软件中,同时存储需要打印物体的外轮廓参数；

[0014] 步骤二、切片软件对成像的3D图像进行切片；

[0015] 步骤三、将第一张切片垂直于打印机进行柱状投影，在喷头装置的底板上形成投影图像区域；

[0016] 步骤四、在投影图像区域外侧依据所述外轮廓参数确定乳胶挤出区域；

[0017] 步骤五、选择底板上的投影图像区域以及乳胶挤出区域所对应的喷头，并启动；

[0018] 步骤六、电机控制被启动的喷头在其对应的网格区域内由左至右、由上至下依次打印，被启动的喷头包括：原料喷嘴、乳胶喷嘴；

[0019] 步骤七、在投影图像区域内，原料喷嘴挤出原料；在乳胶挤出区域内，乳胶喷嘴挤出乳胶；

[0020] 步骤八、切片软件的第一个切片打印完成；待已打印材料凝固后，切片软件提供下一张切片图，循环工作直至3D切片软件中的最后一张切片打印完成自动停止。

[0021] 作为本发明的进一步改进，在步骤一和步骤二之间还包括：

[0022] 步骤九、对成像的3D图像进行缩放和修理。

[0023] 作为本发明的进一步改进，所述步骤一中，在切片软件中形成的3D立体图像是一个封闭的图像，所述外轮廓参数包括壁厚、坐标和角度。

[0024] 作为本发明的进一步改进，所述步骤二中，切片软件对成像的3D图像进行切片的切片厚度为0.2mm～0.3mm。

[0025] 作为本发明的进一步改进，所述步骤七中，所述乳胶选用水溶性乳胶。

[0026] 作为本发明的进一步改进，所述步骤四包括：

[0027] 将步骤一的外轮廓参数通过3D打印机处理器的分析和处理，判断出不同切片下投影图像区域外部所需乳胶的宽度，确定乳胶挤出区域。

[0028] 与现有技术相比，本发明的有益效果为：

[0029] 本发明公开的实现并行打印的喷头装置及3D打印方法，通过在底板上均布多个喷头，每个喷头控制指定网格区域的打印，每个喷头控制的打印面积为每个所述喷头对应的网格区域内的面积与网格区域右侧、下侧的网格线区域面积；保证了喷头在网格区域内打印时相邻网格区域之间完美衔接，避免了在相邻两个网格区域之间产生缝隙。同时，每个喷头同时具有原料喷嘴和乳胶喷嘴；在有像素的网格区域内，对应喷头的原料喷嘴进行原料挤出；在投影图像区域外侧依据所述外轮廓参数确定乳胶挤出区域，并通过乳胶喷嘴进行乳胶挤出；挤出乳胶的宽度由扫描物体外轮廓尺寸决定，保证相邻两层切片的乳胶能够相互粘结；上述结构可以实现3D打印机的并行打印，保证了原料打印和乳胶支撑的同时进行，节省时间，提高打印速度；同时，由于只需要对切片图像的外部实现支撑，内部不进行支撑，这样做的目的是为了更完美的立体呈现、减轻打印物品的重量、改变以往内部材料支撑的弊端实现空心打印；

[0030] 使用一个电机控制所有喷头的移动工作，提高了电机的工作效率和电机的整体掌控能力；

[0031] 使用水溶性乳胶作为支撑材料，水溶性乳胶有支撑和轻微粘贴的作用；在打印完成之后可以用轻微的力气剥掉外面较厚的凝胶支撑物，附着在打印物体边角处的凝胶只需泡在自来水中即可溶解，所以无需施加太大的力即可去除微细部分的支撑材料。

附图说明

[0032] 图1为本发明一种实施例公开的实现并行打印的喷头装置的结构图；

[0033] 图2为图1中喷头的结构图；

[0034] 图3为图1中喷头控制的打印区域；

[0035] 图4为本发明一种实施例公开的实现并行打印的3D打印方法流程图；

[0036] 图5为本发明一种实施例公开的圆筒的投影图。

[0037] 图中：1、底板；2、喷头；2-1、原料喷嘴；2-2、乳胶喷嘴；3、网格区域；4、网格线区域；5、投影图像区域；6、乳胶挤出区域。

具体实施方式

[0038] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0039] 本发明提供一种实现并行打印的喷头装置，包括底板1和多个喷头2；

[0040] 多个所述喷头均布在所述底板上，所述底板上划分有面积相等的网格区域，每一个所述网格区域内设有一个喷头；

[0041] 所述喷头上设有原料喷嘴和乳胶喷嘴。

[0042] 进一步，每个所述喷头控制的打印面积为每个所述喷头对应的网格区域内的面积与网格区域右侧、下侧的网格线区域面积。

[0043] 进一步，还包括电机，所述电机与所有所述喷头相连，用于控制所述喷头在其相对应的网格区域内由左至右、由上至下依次打印；每个所述喷头依据其对应的网格区域内的投影，控制原料喷嘴和乳胶喷嘴的开闭。

[0044] 本发明还公开了一种实现并行打印的3D打印方法，包括以下步骤：

[0045] 步骤一、将需要打印的物体通过扫描仪立体成像在3D打印机的切片软件中,同时存储需要打印物体的外轮廓参数，外轮廓参数包括壁厚、坐标和角度；

[0046] 步骤二、切片软件对成像的3D图像进行切片；

[0047] 步骤三、将第一张切片垂直于打印机进行柱状投影，在喷头装置的底板上形成投影图像区域；

[0048] 步骤四、在投影图像区域外侧依据所述外轮廓参数确定乳胶挤出区域；

[0049] 步骤五、选择底板上的投影图像区域以及乳胶挤出区域所对应的喷头，并启动；

[0050] 步骤六、电机控制被启动的喷头在其对应的网格区域内由左至右、由上至下依次打印，被启动的喷头包括：原料喷嘴、乳胶喷嘴；

[0051] 步骤七、在投影图像区域内，原料喷嘴挤出原料；在乳胶挤出区域内，乳胶喷嘴挤出乳胶；

[0052] 步骤八、切片软件的第一个切片打印完成，抬起柱状影射的喷头；待已打印材料凝固后，切片软件提供下一张切片图，循环工作直至3D切片软件中的最后一张切片打印完成自动停止。

[0053] 下面结合附图对本发明做进一步的详细描述：

[0054] 实施例1：如图1-3所示，本发明所述的一种实现并行打印的喷头装置，包括底板1和多个喷头2；

[0055] 多个喷头2均布在底板1上，底板1上划分有面积相等的矩形网格区域3，每一个网格区域3内设有一个喷头2；喷头2上设有原料喷嘴2-1和乳胶喷嘴2-2。

[0056] 本发明每个喷头2控制的打印面积为每个喷头2对应的网格区域内3的面积与网格区域右侧、下侧的网格线区域4的面积；保证了喷头在网格区域内打印时相邻网格区域之间完美衔接，避免了在相邻两个网格区域之间产生缝隙。3D打印并行矩阵的打印方法中一个喷头上面有两个喷嘴，初期的排列顺序是两个喷嘴并排排列，按照从左至右从上到下的顺序依次打印，但是为了避免两个喷嘴彼此的外侧有对方的打印任务，我们设计了两个喷嘴可以根据正在工作的切片显示的像素需求以彼此为轴连同喷头上面的原料供应巢进行360度中任意角度的旋转，这样的旋转设计会避免打印时候在切片的最右侧或者最左侧因为两个喷嘴彼此的空间占用影响打印效果。

[0057] 本发明的喷头装置还包括电机，电机控制喷头的工作有两种形式：1、采用一个电机进行控制，一个电机与所有的喷头均相连，电机控制需要进行打印的喷头在其对应的网格区域内从左至右进行线性打印，然后下移一格，然后再进行从左至右的线性打印，所有喷头的运动相同，当每个喷头下方有对应的打印区域时，则对应的喷头进行原料或乳胶挤出；若没有对应的打印区域，则对应的喷头不进行原料或乳胶挤出；使用一个电机控制所有喷头的移动工作，提高了电机的工作效率和电机的整体掌控能力。2、采用两个电机，一个电机只能控制所有喷头的横向运动，一个电机只能控制喷头的纵向运动，不同喷头在对应的网格区域内的打印过程是相互独立进行的。电机与所有喷头2相连，电机控制需要进行打印的喷头在其相对应的网格区域内由左至右、由上至下依次打印；每个喷头根据其对应网格区域内的投影图像区域以及乳胶挤出区域，控制原料喷嘴和乳胶喷嘴的开闭以及挤出打印。

[0058] 实施例2：如图4所示，本发明还公开了一种实现并行打印的3D打印方法，包括以下步骤：

[0059] (1)、将需要打印的物体通过扫描仪立体成像在3D打印机的切片软件中,同时存储需要打印物体的外轮廓参数，外轮廓尺寸包括壁厚和角度，在切片软件中形成的3D立体图像是一个封闭的图像；

[0060] (2)、对成像的3D图像进行缩放和修理；

[0061] (3)、切片软件对成像的3D图像进行切片，切片厚度为0.2mm～0.3mm；

[0062] (4)、将第一张切片垂直于打印机进行柱状投影，在喷头装置的底板上形成投影图像区域；

[0063] (5)、将外轮廓参数通过3D打印机处理器的分析和处理，判断出不同切片下投影图像区域外部所需乳胶的宽度，确定乳胶挤出区域。

[0064] (6)、选择底板上的投影图像区域以及乳胶挤出区域所对应的喷头工作；

[0065] (7)、电机控制所需工作的喷头在其对应的网格区域内由左至右、由上至下依次打印；

[0066] (8)、在投影图像区域内通过原料喷嘴进行原料挤出，乳胶挤出区域内通过乳胶喷嘴进行乳胶挤出，乳胶选用水溶性乳胶，优选Agilista凝胶材料。一个喷头上的原料喷嘴和乳胶喷嘴可以根据所要工作切片上的像素及投影图形的点坐标来控制喷嘴的轮换。

[0067] (9)、切片软件的第一个切片打印完成，抬起柱状影射的喷头；待已打印材料凝固后，切片软件提供下一张切片图，循环工作直至3D切片软件中的最后一张切片打印完成自动停止。

[0068] 实施例3：如图5所示，本发明具体公开了一种圆筒的3D打印过程，包括：

[0069] 1、将圆筒通过扫描仪立体成像在3D打印机的切片软件中形成3D图像,同时存储圆筒的壁厚以及圆筒外轮廓曲面从下至上变化的角度；

[0070] 2、对成像的3D图像进行缩放和修理，保证图像上各点均能投影在底板上；

[0071] 3、切片软件对成像的3D图像进行切片，切片厚度为0.2mm～0.3mm(打印喷头的直径大约在0.2mm)；

[0072] 4、将第一张切片垂直于打印机进行柱状投影，在喷头装置的底板上形成投影图像区域5，如图5所示；

[0073] 5、将圆筒的外轮廓参数通过3D打印机处理器的分析和处理，判断出第一张切片下投影图像区域外部所需乳胶支撑的宽度，确定乳胶挤出区域6，如图5所示；

[0074] 6、底板上的共有16个网格区域内有投影图像区域或乳胶挤出区域，因此，选取底板上有投影的网格区域，确定底板上的投影图像区域5以及乳胶挤出区域6所对应的喷头工作；

[0075] 7、电机对控制这16个网格区域的16个喷头进行动力输出，控制16个喷头在其对应的网格区域内由左至右、由上至下依次打印，16个喷头中每个喷头的打印过程一致；

[0076] 8、16个喷头在其对应的网格区域内打印过程中，当打印到乳胶挤出区域6时乳胶喷嘴打开，进行乳胶挤出；当打印到投影图像区域5时，原料喷嘴打开进行原料挤出。相邻两个网格区域之间的网格线区域内的投影图像区域或乳胶挤出区域均由其左侧或上侧的喷头完成打印，网格线区域的打印宽度可设定为喷嘴直径的倍数；上述打印方法保证了相邻网格区域之间有网格线区域的宽度是重叠的，保证了相邻网格区域之间的完美衔接，避免了在网格线部位产生缝隙；

[0077] 9、切片软件的第一个切片打印完成，抬起柱状影射的喷头；待已打印材料凝固后，切片软件提供下一张切片图，循环工作直至3D切片软件中的最后一张切片打印完成自动停止。

[0078] 本发明公开的实现并行打印的喷头装置及3D打印方法，通过在底板上均布多个喷头，每个喷头控制指定网格区域的打印，每个喷头控制的打印面积为每个喷头对应的网格区域内的面积与网格区域右侧、下侧的网格线区域面积；保证了喷头在网格区域内打印时相邻网格区域之间完美衔接，避免了在相邻两个网格区域之间产生缝隙。同时，每个喷头同时具有原料喷嘴和乳胶喷嘴；在有像素的网格区域内，对应喷头的原料喷嘴进行原料挤出；在投影图像区域外侧依据外轮廓参数确定乳胶挤出区域，并通过乳胶喷嘴进行乳胶挤出；
挤出乳胶的宽度由扫描物体外轮廓尺寸决定，保证相邻两层切片的乳胶能够相互粘结；上述结构可以实现3D打印机的并行打印，保证了原料打印和乳胶支撑的同时进行，提高了打印速度；同时，由于只需要对切片图像的外部实现支撑，内部不进行支撑，这样做的目的是为了更完美的立体呈现、减轻打印物品的重量、改变以往内部材料支撑的弊端实现空心打印；使用水溶性乳胶作为支撑材料，水溶性乳胶有支撑和轻微粘贴的作用；在打印完成之后可以用轻微的力气剥掉外面较厚的凝胶支撑物，附着在打印物体边角处的凝胶只需泡在自来水中即可溶解，所以无需施加太大的力即可去除微细部分的支撑材料。

[0079] 以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。