[发明专利]一种变截面成型端的3D打印扫描成型装置及控制方法

说明书

本发明公开了一种变截面成型端的3D打印扫描成型装置及控制方法，其中成型装置中的成型端截面可以根据打印需求在最大与最小长度之间进行变化。与该成型装置相适应的控制方法为：将每层待打印区域分为边界与内部两部分，对打印质量要求不高的内部区域采用最长或较长的成型端截面打印，而对打印质量要求较高的边界区域则采用最短或较短的成型端截面来打印。本发明公开的成型装置及控制方法能根据不同打印需求采用相应的成型端截面来打印，因此它既能利用较长的成型端截面来有效地提高打印速度和效率，还能利用较短的成型端截面来有力保证打印精度和质量。本发明适用于熔融沉积型等多种扫描成型的3D打印技术工艺类型，同时打印对象适用范围也很广。

技术领域

本发明涉及3D打印领域，具体地说是一种成型端截面长度可变的3D打印扫描成型装置及其控制方法。

背景技术

3D打印是增材制造技术的俗称，是一种以数字模型文件为基础，采用离散材料（液体、粉末、丝、片、板、块等）通过逐层打印、层层堆积的方式来构造物体的技术。

3D打印存在着许多不同的技术工艺。常见的3D打印技术工艺有熔融沉积成型、选择性激光烧结成型、激光选区熔化成型、光固化立体成型、三维打印成型等。这些技术工艺的主要区别在于材料以及材料粘合或聚合方式有所不同。

对大多数3D打印技术来说，虽然技术工艺不一样，但它们的成型方式都相同，均为逐点扫描成层，再层层累积成体。例如，熔融沉积成型主要靠一个带圆孔喷嘴的喷头吐丝扫描形成每层平面，而选择性激光烧结成型、激光选区熔化成型等也都是采用单束激光对材料扫描成型。

本发明中，成型端截面指的是3D打印成型端在固定不动时一次成型所得到对象的截面。对熔融沉积成型来说，成型端截面与喷头的喷嘴截面大小相同；而对激光成型方式来说，激光成型的光斑图形则为其对应的成型端截面。

3D打印成型端截面对3D打印的打印精度和打印速度有重要影响。成型端截面越大，代表打印喷嘴或激光光斑越大，这样一次扫描的成型面积也越大，从而使得打印速度较快，但同时也会导致打印精度和质量下降；反之，如果成型端截面变小，打印精度则会提高，但又会导致打印速度变慢。对现有按扫描成型的3D打印技术来说，打印精度与速度不可兼得，是一对不可调和的矛盾。

经检索，现有技术中，申请号为201610257027.8的中国发明专利公开了一种用于3D打印机的成型端线型扫描成型控制方法及装置。该发明提供了一种线型扫描成型方式来完成3D打印，同时该发明中的成型端截面为长条形或长条状线型结构，固定不变。但扫描成型路径宽度可以在转向电机的辅助下调整改变。该发明由于扫描成型路径为线型，限制了扫描路径的灵活性，导致对成型对象形状要求很高。也即，该发明适合打印具有线型轮廓边界的物体，而对一般曲线轮廓边界的物体如圆饼等对象则适用性较差，因此适用范围有限。

发明内容

本发明的目的是提供一种3D打印成型装置及控制方法，既可以提高3D打印的打印速度，同时又不会降低3D打印的打印质量和精度。本发明适用于熔融沉积型、选择性激光烧结成型、激光选区熔化成型、光固化立体成型、三维打印成型等多种技术工艺的3D打印机，适用范围广。

为实现上述目的，本发明提供了一种成型端截面可变的3D打印扫描成型装置，其关键技术特点是成型端截面长度可以根据打印需求在最大长度与最小长度之间进行改变。

在上述成型装置的基础上，本发明还提供了一种相应的成型控制方法，其特征在于：（1）对所成型打印对象的每一层时，将其区分为边界与内部两部分区域；（2）对该层的边界区域，根据打印精度要求采用最小或较小长度的成型端截面来扫描成型，而对该层内部区域，则根据打印时间要求采用以最大或较大长度的成型端截面来扫描成型；（3）边界与内部区域两部分对象的打印顺序可灵活处理，可以先边界再内部，也可以先内部再边界，还可以按交替混合顺序打印。