[发明专利]3D打印方法及3D打印系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种3D实物打印成型技术，具体涉及一种实现快速打印的3D打印方法，以及相应的3D打印系统。

背景技术

3D打印技术是一种快速成型技术，它以数字模型文件为基础，利用粉末状金属、塑料树脂等材料，采用粘结剂粘合、光固化等方法，通过逐层打印的方式来构造物体。其中，常用的几种打印方法有：通过打印头向铺设的粉末材料层喷射粘合剂粘合成型；对光固化树脂采用UV光照射的光固化成型；对金属粉末的激光烧结；对热塑性粉末的激光烧结或热烧结等。

这些方法通常都需要采用打印头逐层打印实现。首先通过计算机建模软件建模，再将生成的三维模型切片，生成逐层的截面信息，打印机读取文件中的截面信息，用液体状、粉末状或片状的材料将这些截面逐层地打印出来，各层截面间以各种方式粘合起来，形成一个实体。

现有技术中，上述切片生成的截面信息是平面信息，在同一层中，打印头采用直线扫描方式扫描整个打印区域，如附图1所示，打印头直线运动，完成一个方向的打印运动后，在打印区域外进行转向，再打印相邻的区域，经多次转向扫描后完成整个区域的打印。这种方式打印每一层打印头需要多次来回扫描，扫描回头加速和减速浪费时间，并且，为避免打印头运动区间发生干涉，只能安装少数喷头，因此，打印速度很慢；另外，这种方式只能一层一层打印，在同一位置处从打印一层至打印下一层的时间间隔长，导致采用部分成型方式时，层间结合力受到影响。

为加快打印速度，对喷射方式的打印，考虑增加墨滴体积和打印层厚，结果是造成打印物体的精度和分辨率下降；而受墨滴发射频率的限制，难以提高扫描速度。此外，可以考虑拼接多个打印头来增加单次扫描的打印宽度，但仍然受打印区域宽度的限制。

另一种考虑是，将扫描方式由直线扫描方式改为圆形扫描方式，从而使打印头相对于打印区域单方向运动，节省打印头转向扫描过程中的加速和减速浪费的时间。这种方式对打印速度的提高有所帮助，但是，其本质上仍是平面逐层成型方式，未能解决在同一位置处从打印一层至打印下一层的时间间隔长，层间结合力受到影响的问题。

因此，有必要对打印方法进行改进，改变现有技术中平面逐层成型的方式，以提高打印速度并解决层间结合力问题。

发明内容

本发明的发明目的是提供一种3D打印方法，在不改变现有成型方法的前提下，提高打印的速度以及层间结合力；本发明的另一发明目的是提供一种实现上述打印方法的3D打印系统。

为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：一种3D打印方法，获取物体的打印数据信息，根据所述打印数据信息控制打印材料逐层成型，实现打印，提供一圆形打印平台用于承载打印物体，所述圆形打印平台具有驱动打印平台绕圆心旋转轴旋转的旋转驱动机构和驱动打印平台沿平行于旋转轴方向升降的升降驱动机构；在所述圆形打印平台上方设置有多个打印头，每个打印头上设有沿圆形径向布置的多个喷头；设置一同步控制机构，打印时，所述同步控制机构控制所述旋转驱动机构转动，并控制升降驱动机构同步下降，使得成型的打印层在整个圆形打印平台上构成螺旋状；所述打印数据信息的切片数据在物体中的位置和形状与打印物体的螺旋层状一致。

上述技术方案中，控制打印材料成型的方法是现有技术，例如，采用粉床铺粉结合粘结剂喷射成型，则打印头中的喷头为喷墨打印头；采用激光聚焦固化成型，则打印头中的每个喷头为一个激光出射头。根据旋转和升降的同步驱动机制，以及打印件的定位，可以得知螺旋层状的具体位置和形状，由此从物体的3D数据文件中获得相应的打印数据。由于打印头的位置分布和圆形打印平台的连续旋转，多个打印头可同时打印各自相应的区域，同一打印物体在转动过程中依次经过不同的打印头，下一个打印头相应打印前一个打印头打印层的上面一层，由此，圆形打印平台转动一圈，可实现多层打印，从而加快打印速度。

优选的技术方案，设有N个打印头，N为2～10的整数，各打印头相对圆形打印平台周向均匀布置，每个打印头打印的单层厚度为t，当圆形打印平台的旋转角度为θ时打印平台的同步升降高度为h，则同步控制时，满足h=N×t×θ/360。

所述同步控制机构根据控制指令使所述旋转驱动机构和升降驱动机构同步运动，或者不同步运动；当打印结束时，同步控制机构单独控制升降驱动机构运动，使打印头远离圆形打印平台。从而方便打印头清洗和封闭。

为实现上述打印方法，本发明提供一种3D打印系统，包括：

一圆形打印平台，所述圆形打印平台具有驱动打印平台绕圆心旋转轴旋转的旋转驱动机构和驱动打印平台沿旋转轴平行方向升降的升降驱动机构；