本發明涉及3D打印技術領域，具體涉及圓柱面疊層相加的3D打印工藝。
背景技術：
目前的3D打印技術，除個別外，幾乎都建立在平面疊層相加的成型工藝基礎之上，無論是激光加工的立體光固化成型(SLA)、激光切紙成型(LOM)、激光燒結成型(SLS)、激光燒熔成型(SLM)和熔融擠壓成型(FDM)、微滴噴射的三維打印成型(TDP)等等，都是如此，都屬于平面疊加工藝。
康子純2014.6.23和2014.7.2向國家知識產權局提出《園柱面疊層相加的3D打印工藝》發明專利申請(申請號201410280539.7與201410310814.5)，試圖突破這一傳統工藝限制，提出一種新穎的圓柱面疊層相加的3D打印成型工藝，為3D打印提供新的潛在應用可能性，例如由工件內部開始向外加工，或者在打印工件或成品工件的曲面上加工電子線路甚至顯示屏，以及將增材制造的3D打印與傳統的減材制造的機床加工整合、兼容于一體，等等。不過，康子純的上述申請因故沒在指定期限內對國家知識產權局的“補正通知書”進行答復而被“視為撤回”，故此，在對2014.6.23和2014.7.2的原發明做了改進后，現提出新的“改進的園柱面疊層相加3D打印工藝”發明構想。
技術實現要素：
傳統3D打印幾乎都是采用平面疊層相加工藝，本發明提出新穎圓柱面疊層相加3D打印工藝，以圓柱面母線打印或圓柱面圓環準線打印取代傳統的平面打印，擴展3D打印技術領域，并將增材制造的3D打印，與減材制造的傳統機床加工整合、兼容于一體。
眾所周知，直角坐標可以輕易轉換為圓柱面坐標：
其中，o≤r≤+∞，o≤θ≤2π，-∞＜z＜+∞
故此，傳統3D打印工藝中使用的工件數字模型及其STL文件，可以方便地轉換為圓柱面疊層相加工藝中圓柱面數據，實現圓柱面疊層相加3D打印，此處不做贅述。
注意，當r足夠大時，圓柱面就近似于平面，其時圓柱面上的打印就近似于平面打印，所以，傳統平面疊層相加的3D打印，不過是圓柱面疊層3D打印在r 趨于∞時的極限特例。
本發明改進的圓柱面疊層相加的3D打印工藝，包括：圓柱面生成機構，圓柱面疊層相加3D打印的選擇性借用傳統3D打印FDM、TDP、DOP等工藝，以及相應選擇性配置噴頭、噴嘴、掃描機構等，和相應選擇性配置成型材質和支撐材質，以及在圓柱面疊層相加3D打印機上，選擇性配置傳統減材制造的機床加工設備及刀具，還包括園柱面疊層相加3D打印
工藝過程；
所述圓柱面生成機構，包括轉動基盤，驅動馬達，噴頭、噴嘴、掃描機構升降裝置,和輔助性成型平臺，其特征是：圓柱面生成機構的轉動基盤，分主、從兩個轉動基盤，平行設置于圓柱面兩側；主轉動基盤沿Z軸方向不動，從傳動基盤可沿Z軸方向平行移動；主轉動基盤由計算機控制的馬達驅動，與噴頭、噴嘴、掃描機構升降裝置配合，生成圓柱面半徑由零至打印工件所要求的最大半徑之間的一個個相鄰的打印工作圓柱面，從轉動基盤由主轉動基盤馬達和副轉動軸與傳動裝置驅動，與主轉動基盤同速轉動；轉動基盤相對圓柱面的一端為卡盤及卡盤夾住的成型材質圓錐面體，可為工作圓柱面母線打印或工作圓柱面圓環
準線打印提供成型工件的端部附著點或支撐結構附著點；轉動基盤的卡盤，用以卡住成型材質制作的園錐面體，或卡住成品器件做圓柱面的3D打印加工或傳統機床加工；轉動基盤的卡盤和卡盤夾住的成型材質園錐面體可分離，方便3D打印和傳統機床加工。圓柱面生成機構的驅動馬達，在計算機控制下，不管采用什么馬達或傳動方式，需確保所生成的打印工作圓柱面的兩條相鄰成型母線間距恰好等于噴墨液滴直徑或熔融擠壓材質液滴冷凝直徑，或確保打印工作圓柱面的圓環準線速度不變，圓環準線相鄰打印點等于噴墨液滴直徑或熔融材質液滴冷凝直徑，以保證圓柱面打印的成型工件質量；圓柱面生成機構的噴頭、噴嘴、掃描機構的升降裝置，不管是采用液壓或其它機械方式，都是為了確保成型的打印工作
圓柱面的打印母線或打印圓環準線的打印點處在圓柱面最高位置，即處在所選擇設置3D打印噴嘴以及選擇設置的3D打印工藝及相應材質的作用距離之內，同時確保圓柱面生成機構的驅動馬達和噴頭、噴嘴、掃描機構的升降裝置配合生成的兩個相鄰打印工作圓柱面的間距Δr，等于預先設定的圓柱面疊層相加打印的材質成型厚度；噴頭、噴嘴、掃描機構，由步進馬達驅動，帶動噴頭、噴嘴沿Z軸方向作平移掃描；圓柱面生成機構的輔助性成型平臺，系為了在圓柱面3D打印之始，即在r為零的情況下，為打印工件零母線(r＝0)打印的成型材質或支撐材質提供易脫離的附著平臺，它是可沿Y軸方向升降的、不與成型材質粘連的輔助性成型平臺。
所述圓柱面疊層相加3D打印的選擇性借用傳統3D打印FDM、TOP、DOP等工藝以及相應選擇性配置噴頭、噴嘴、掃描機構等，和相應選擇性配置成型材質和支材質等，其特征是：相應選擇借用和相應選擇配置需適應圓柱面疊層相加3D打印。
所述選擇性配置傳統減材制造的機床加工設備及刀具，其特征是，選擇性配置的傳統減材制造機床加工設備及刀具、鉆具等，設置在與3D打印主、從轉動基盤的副傳動軸的相對一側，可讓該設備及刀具、鉆具沿X、Y、Z軸平行移動，以便利與3D打印配合或單獨對工件進行減材加工。
所述圓柱面疊層相加3D打印工藝過程，其特征是，在所選借用傳統3D打印某種工藝，及噴頭、噴嘴、掃描機構等配置，和相應所選成型材質和支撐材質配置的情況下，依據工件數字設計模型的STL格式文件轉換成的圓柱面數據，圓柱面生成機構由噴頭、噴嘴、掃描機構升降裝置和轉動基盤驅動馬達及傳動裝置配合，生成r由小到大的工作圓柱面；相鄰兩層工作圓柱面的徑向間距Δr預先選定，等于圓柱面疊層相加打印的材質成型厚度；計算機控制的噴嘴，依據工件的圓柱面數據，或者沿工作圓柱面的最高處母線Z軸方向進行成型或支撐打印，待該母線打印完畢，圓柱面生成機構轉動主、從基盤轉動一角度Δθ，使
所生成該工作圓柱面的母線沿圓環準線方向偏轉ΔL到相鄰母線，使該相鄰母線處工作圓柱面最高處，ΔL等于噴墨液滴直徑或熔融材質液滴冷凝直徑；依前例對該相鄰母線進行成型或支撐打印，……以此類推，逐一對相鄰母線進行打印，直到同一r半徑的工作圓柱面全部打印完畢，再轉到徑向半徑增大Δr的下一工作圓柱面的打印，……直到整個工件的圓柱面疊層相加3D打印完成；或者，計算機控制的噴嘴，依據工件的圓柱面數據，自圓柱面生成機構轉動基盤生成的工作圓柱面靠近主轉動基盤的一端的圓環準線的最高點，沿轉動基盤生成的該工作圓柱面圓環準線進行成型或支撐打印，轉動基盤確保生成的工作圓柱面的圓環準線勻線速度轉動，使相鄰打印點等于噴墨液滴直徑或熔融材質液滴冷凝直徑，待該圓環準線全部打印完畢，噴嘴在掃描機構步進馬達控制下，在該工作圓柱面上沿母線方向Z移動Δz間距，Δz等于噴墨液滴直徑或熔融材質液滴冷凝直徑，然后對該圓環準線進行成型或支撐打印，直到打印完畢；依此類推，直到整個工作圓柱面打印完畢；再轉到徑向半徑增大Δr的下一工作圓柱面的打印，……直到整個工件以這種方式打印完畢；或者，在打印過程中，噴頭、噴嘴、掃描機構沿Z軸方向平行移動作母線打印，與馬達驅動的轉動基盤帶動工作圓柱面旋轉作圓環準線打印合成，相當于平面3D打印的噴頭、噴嘴、掃描機構的X軸、Y軸平移運動合成，完成對該工作圓柱面的打印；……以此類推，直到整工件打印完成；然后分離連接在圓柱面生成機構轉盤成型材質圓錐面體和成型工件上的支撐結構，取下成型工件，完成整個圓柱面疊層相加3D打印工作。
上述圓柱面疊層相加的3D打印最大弱點，是打印工作圓柱面的r＝0的軸心母線時，由于成型材質軸心母線非常細，特別是具有間斷時需支撐，轉動基盤無法成功、不變形帶動它轉動，此時，彌補方法是，輔助性可升降平臺與成型材質不粘連；其次，可采用傳統3D打印加工其工件軸心母線及其軸心線周邊Δr工件，然后將其裝入圓柱面疊層相加3D打印機轉動基盤的卡盤，再以圓柱面疊層3D打印機進行后續加工。使3D打印具修改、重打功能；同時，配置的機床也可對打印工件或其它工件進行傳統機床減材加工。圓柱面疊層相加3D打印，從理論上說所有傳統平面疊層相加3D打印都成為它工作的圓柱面半徑r→∞時的圓柱面疊層相加打印的特例。它的最大特點是從工件內部開始向外加工，而且，它可以比較方便地在某些實體曲面如杯子、花瓶、冰箱等日用商品上進行3D打印，加工電子線路、器件、顯示屏等。整合傳統機床加工的圓柱面疊層相加3D打印機，將3D打印增材制造與傳統機床加工減材制造整合一體，兼具兩者優勢，成為適應性較強的多能制造工具，既可對3D打印工件做中途修改、更正，成為可修改、重打的3D打印機，又可獨立對工件做傳統機床加工，因而應用前景比較廣闊。
具體實施方式
下面對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。
本發明改進的圓柱面疊層相加的3D打印工藝實施例，包括：圓柱面生成機構，圓柱面疊層相加3D打印的選擇性借用傳統3D打印FDM工藝，以及相應選擇性配置噴頭、噴嘴(3)、掃描機構(20)等，和相應選擇性配置成型材質和支撐材質，以及在圓柱面疊層相加3D打印機上，選擇性配置傳統減材制造的機床加工設備(18)及刀具(19)，還包括園柱面疊層相加3D打印工藝過程；
所述圓柱面生成機構，包括轉動基盤(12，13，14，15)，驅動馬達(9)，噴頭、噴嘴(3)、掃描機構升降裝置(20)，和輔助性成型平臺(21)，其特征是：圓柱面生成機構的轉動基盤(12，13，14，15)，分主(12，14)、從(13，15)兩個轉動基盤，平行設置于圓柱面兩側；主轉動基盤(12，14)沿Z軸方向不動，從傳動基盤(13，15)可沿Z軸方向平行移動；主轉動基盤(12，14)由計算機控制的馬達(9)驅動，與噴頭、噴嘴(3)、掃描機構升降裝置(20)配合，生成圓柱面半徑由零至打印工件所要求的最大半徑之間的一個個相鄰的打印工作圓柱面(1)，從轉動基盤(13，15)由主轉動基盤(12，14)馬達(9)和副轉動軸(10)與傳動裝置(11)驅動，與主轉動基盤(12，14)同速轉動；轉動基盤(12，13，14，15)相對圓柱面的一為卡盤(12，13)及卡盤夾住的成型材質圓錐面體(14，15)，可為工作圓柱面(1)母線(2)打印或工作圓柱面(1)圓環準線(5)打印提供成型工件(16)的端部附著點或支撐結構(17)附著點；轉動基盤(12，13，14，15)的卡盤(12，13)，用以卡住成型材質制作的園錐面體(14，15)，或卡住成品器件做圓柱面的3D打印加工或傳統機床加工；轉動基盤(12，13，14，15)的卡盤(12，13)和卡盤夾住的成型材質園錐面體(14，15)可分離，方便3D打印和傳統機床加工。圓柱面生成機構的驅動馬達(9)，在計算機控制下，不管采用什么馬達或傳動方式，需確保所生成的打印工作圓柱面(1)的兩條相鄰成型母線(2，4)間距恰好等于噴墨液滴直徑或熔融擠壓材質液滴冷凝直徑，或確保打印工作圓柱面的圓環準線(5)速度不變，圓環準線(5)相鄰打印點等于噴墨液滴直徑或熔融材質液滴冷凝直徑，以保證圓柱面(1)打印的成型工件(16)質量；圓柱面生成機構的噴頭、噴嘴(3)、掃描機構的升降裝置(20)，不管是采用液壓或其它機械方式，都是為了確保成型的打印工作圓柱面(1)的打印母線(2)或打印圓環準線(5)的打印點處在圓柱面最高位置(6)，即處在所選擇設置3D打印噴嘴(3)以及選擇設置的3D打印工藝及相應材質的作用距離之內，同時確保圓柱面(1)生成機構的驅動馬達(9)和噴頭、噴嘴(3)、掃描機構的升降裝置(20)配合生成的兩個相鄰打印工作圓柱面的間距Δr，等于預先設定的圓柱面疊層相加打印的材質成型厚度；噴頭、噴嘴(3)、掃描機構(20)，由步進馬達驅動，帶動噴頭、噴嘴(3)沿Z軸方向作平移掃描；圓柱面生成機構的輔助性成型平臺(21)，系為了在圓柱面3D打印之始，即在r為零的情況下，為打印工件零母線(r＝0)(8)打印的成型材質或支撐材質提供易脫離的附著平臺(21)，它是可沿Y軸方向升降的、不與成型材質粘連的輔助性成型平臺(21)。所述圓柱面疊層相加3D打印的選擇性借用傳統3D打印FDM工藝，以及相應選擇性配置噴頭、噴嘴(3)、掃描機構(20)等，和相應選擇性配置成型材質和支撐材質等，其特征是：相應選擇借用和相應選擇配置需適應圓柱面疊層相加3D打印。所述選擇性配置傳統減材制造的機床加工設備(18)及刀具(19)，其特征是，選擇性配置的傳統減材制造機床加工設備(18)及刀具(19)、鉆具等，設置在與3D打印主(12，14)、從(13，15)轉動基盤的副傳動軸(10)的相對一側，可讓該設備(18)及刀具(19)、鉆具沿X、Y、Z軸平行移動，以便利與3D打印配合或單獨對工件進行減材加工。
以上所述，僅為本發明較佳的具體實施方式，但本發明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術范圍內，根據本發明的技術方案及其發明構思加以等同替換或改變，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。