[发明专利]一种3D打印方法及3D打印机

说明书

【技术领域】

本发明涉及一种3D打印技术领域，尤其是涉及一种打印工件强度大幅提高的3D打印方法及热熔固化法3D打印机。

【背景技术】

3D打印机的工作原理与普通打印机基本相同，是通过电脑控制把“打印材料”一层层叠加起来，最终把计算机上的蓝图变成实物，这是一项颠覆传统制造工艺的技术革命。

通常的3D打印机打印速度很慢并且价格昂贵，如果要提高通常的3D打印机的打印效率，则需要将填充率参数的填充率降低，而填充率的降低则导致打印出来的物体的密度降低，强度差。

因此，通常的3D打印机只能在科研机构等场所使用，3D打印技术还不能广泛推广应用。

中国专利授权公开号：CN101531103A，授权公开日2011年5月18日，公开了一种打印机控制方法和打印机。包括以下步骤：存储包括第一数据或第一命令在内的设置信息，所述第一数据或第一命令用于令所述打印机基于蜂鸣器配置命令使所述蜂鸣器发出蜂鸣声；以及所述打印机基于所述第一数据或第一命令使所述蜂鸣器发出蜂鸣声。不足之处是，该发明的打印机不能用于3D打印。3D打印机的工作原理与普通打印机基本相同，是通过电脑控制把“打印材料”一层层叠加起来，最终把计算机上的蓝图变成实物，这是一项颠覆传统制造工艺的技术革命。

3D打印直接利用计算机设计的三维模型，无需刀具与模具，通过由点到线、由线到面、由面到体的分层离散与堆积过程，快速实现复杂零件的制造。英国《经济学人》杂志认为，3D打印技术与其它数字化生产模式一起，将推动并实现第三次工业革命。目前，市场上已有各种商业化的3D打印方法及其装备，包括光固化法、熔融沉积法、选区激光烧结法等。但现有的3D打印技术多数是针对需要打印的模型的尺寸和精度进行优化，简而言之就是要打的更大，更快和更光滑。然而这些模型无法反映出设计的更多信息，例如结构合理性，薄弱点和稳定性等，无法获得应力、应变、形变等数据，这些属性就不是仅仅能通过外观带来，更需要能够得到3D打印模型的力学特点。

实际上3D打印对这些行业所能带来的好处远远不止于此，由于3D打印的增量式打印流程，模型是自下而上逐层完成度，所以在打印进行的过程中，我们可以在合适的位置埋入传感器并且不影响打印的进行从而得到一个外观完整但内部包含了传感器的结构模型。在这种模型上我们可以。3D打印，即快速成型技术的一种，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。近年来，3D打印领域发展迅猛，从巨型的房屋打印机到微型的纳米级细胞打印机，各种新技术层出不穷，其中，塑料丝热熔固化成型技术是很早发展起来的快速成型技术，也是目前研究最深入、技术最成熟、应用最广泛的快速成型技术之一。

优势在于，塑料丝热熔固化法是最早出现的快速原型制造工艺，成熟度高，经过时间的检验，其采用CAD数字模型直接制成原型，加工速度快，产品生产周期短，可用于加工结构外形复杂或使用传统手段难于成型的原型和模具。

但是，目前已知的3D逐层打印的方式，在具体打印过程中，几乎全部都是将3D模型分解为n多个层，每层分解成具体的一张图片，每个图片以像素的方式，按照X方向从0到end，分解成若干个线，在每个线的Y方向，按照像素的有无，进行在Y方向上的从0到end的逐个像素的打印；这种打印类似于喷墨打印机的打印方式。

这种方式打印速度很快，算法简单，针对模型化打印构件是高效率的。缺点却是，由于没有考虑每个3D打印的点与点之间的物料之间结晶生长或不同的固化之间的类纤维的相互作用，产生了同样材质的工件，3D打印的工件比用机械加工的同样工件，或注塑模具生产出工件，在强度上存在差异。导致了3D打印的工件外观与机械加工的工件一样，但是却因为内在强度不合格而只能做模型，而不可实际应用。另一方面讲，耗损同样的物料，得到的工件的内在质量却不合格，也是一种浪费。

公布号CN104441666A极坐标式3D打印机，也未能以提高工件内部强度为目的，也仅仅因为增加了圆形底盘，而提高了生产速度和方便了扭转型工件的生产效率。存在如果加工工件的某些层面出现严重的偏心现象，甚至底座圆心位于工件的（某层）外端，极坐标打印将出现困难，不能控制该层面的工件的打印头行进路径是最佳强度的，甚至是可预期的。

能否在使用相同物料的情况下，3D打印出的工件强度更高呢？或者能否让塑料打印的工件，在同性能3D打印机，相同的3D模型，打印的工件外观更加光滑？

【发明内容】