一種3d打印方法及3d打印機的制作方法
【專利說明】
[0001]【技術領域】
本發明涉及一種3D打印技術領域，尤其是涉及一種打印工件強度大幅提高的3D打印方法及熱熔固化法3D打印機。
[0002]【【背景技術】】
3D打印機的工作原理與普通打印機基本相同，是通過電腦控制把“打印材料”一層層疊加起來，最終把計算機上的藍圖變成實物，這是一項顛覆傳統制造工藝的技術革命。
[0003]通常的3D打印機打印速度很慢并且價格昂貴，如果要提高通常的3D打印機的打印效率，則需要將填充率參數的填充率降低，而填充率的降低則導致打印出來的物體的密度降低，強度差。
[0004]因此，通常的3D打印機只能在科研機構等場所使用，3D打印技術還不能廣泛推廣應用。
[0005]中國專利授權公開號:CN101531103A，授權公開日2011年5月18日，公開了一種打印機控制方法和打印機。包括以下步驟:存儲包括第一數據或第一命令在內的設置信息，所述第一數據或第一命令用于令所述打印機基于蜂鳴器配置命令使所述蜂鳴器發出蜂鳴聲；以及所述打印機基于所述第一數據或第一命令使所述蜂鳴器發出蜂鳴聲。不足之處是，該發明的打印機不能用于3D打印。3D打印機的工作原理與普通打印機基本相同，是通過電腦控制把“打印材料”一層層疊加起來，最終把計算機上的藍圖變成實物，這是一項顛覆傳統制造工藝的技術革命。
[0006]3D打印直接利用計算機設計的三維模型，無需刀具與模具，通過由點到線、由線到面、由面到體的分層離散與堆積過程，快速實現復雜零件的制造。英國《經濟學人》雜志認為，3D打印技術與其它數字化生產模式一起，將推動并實現第三次工業革命。目前，市場上已有各種商業化的3D打印方法及其裝備，包括光固化法、熔融沉積法、選區激光燒結法等。但現有的3D打印技術多數是針對需要打印的模型的尺寸和精度進行優化，簡而言之就是要打的更大，更快和更光滑。然而這些模型無法反映出設計的更多信息，例如結構合理性，薄弱點和穩定性等，無法獲得應力、應變、形變等數據，這些屬性就不是僅僅能通過外觀帶來，更需要能夠得到3D打印模型的力學特點。
[0007]實際上3D打印對這些行業所能帶來的好處遠遠不止于此，由于3D打印的增量式打印流程，模型是自下而上逐層完成度，所以在打印進行的過程中，我們可以在合適的位置埋入傳感器并且不影響打印的進行從而得到一個外觀完整但內部包含了傳感器的結構模型。在這種模型上我們可以。3D打印，即快速成型技術的一種，它是一種以數字模型文件為基礎，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構造物體的技術。近年來，3D打印領域發展迅猛，從巨型的房屋打印機到微型的納米級細胞打印機，各種新技術層出不窮，其中，塑料絲熱熔固化成型技術是很早發展起來的快速成型技術，也是目前研究最深入、技術最成熟、應用最廣泛的快速成型技術之一。
[0008]優勢在于，塑料絲熱熔固化法是最早出現的快速原型制造工藝，成熟度高，經過時間的檢驗，其采用CAD數字模型直接制成原型，加工速度快，產品生產周期短，可用于加工結構外形復雜或使用傳統手段難于成型的原型和模具。
[0009]但是，目前已知的3D逐層打印的方式，在具體打印過程中，幾乎全部都是將3D模型分解為η多個層，每層分解成具體的一張圖片，每個圖片以像素的方式，按照X方向從O到end，分解成若干個線，在每個線的Y方向，按照像素的有無，進行在Y方向上的從O到end的逐個像素的打印；這種打印類似于噴墨打印機的打印方式。
[0010]這種方式打印速度很快，算法簡單，針對模型化打印構件是高效率的。缺點卻是，由于沒有考慮每個3D打印的點與點之間的物料之間結晶生長或不同的固化之間的類纖維的相互作用，產生了同樣材質的工件，3D打印的工件比用機械加工的同樣工件，或注塑模具生產出工件，在強度上存在差異。導致了 3D打印的工件外觀與機械加工的工件一樣，但是卻因為內在強度不合格而只能做模型，而不可實際應用。另一方面講，耗損同樣的物料，得到的工件的內在質量卻不合格，也是一種浪費。
[0011]公布號CN 104441666 A極坐標式3D打印機，也未能以提高工件內部強度為目的，也僅僅因為增加了圓形底盤，而提高了生產速度和方便了扭轉型工件的生產效率。存在如果加工工件的某些層面出現嚴重的偏心現象，甚至底座圓心位于工件的(某層)外端，極坐標打印將出現困難，不能控制該層面的工件的打印頭行進路徑是最佳強度的，甚至是可預期的。
[0012]能否在使用相同物料的情況下，3D打印出的工件強度更高呢？或者能否讓塑料打印的工件，在同性能3D打印機，相同的3D模型，打印的工件外觀更加光滑？
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【發明內容】
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本發明是為了克服現有技術中的3D打印機打印結構強度低的不足，提供了一種打印的工件物理強度更高的3D打印方法及打印機。一種3D打印同樣的工件的外表特征更加光滑，光潔度更高的3D打印方法及打印機。
[0013]為了實現上述目的，本發明采用以下技術方案:((1-1)計算機中的3D建模軟件為需要打印的物體建模，將建成的三維模型分割成m層截面，并將截面信息存儲于計算機中，預先設定截面的高度范圍；
(1-2)計算機控制升降平臺上升，使金屬網距離噴頭下端若干毫米；計算機控制塑料絲熔融并操作噴頭按照預定的軌跡行進；
(1-3)在計算機的軟件調取第一層的橫截面信息，計算機控制X軸電機、Y軸電機帶動滑動座沿導軌架滑動至第一層橫截面的邊緣坐標的起始位置；
(1-4)計算機控制擠出電機工作，塑料絲送絲機構將塑料絲熔融從噴頭擠出，計算機控制X軸電機、Y軸電機帶動滑動座沿著第一層橫截面的邊緣移動，紫外線點光源同時照射擠出來的熔融塑料絲固化，固化粘貼在平臺金屬網上；
(1-5)當第一層打印完畢后，計算機通過Z軸電機控制升降平臺下降一層高度，設定層數i=2，并重復重復(1-2)至(1-4)的打印過程；i= i++ ；
(1-6)計算機調取第i層的橫截面信息，計算機使X軸電機、Y軸電機帶動滑動座滑動至第i層橫截面的邊緣坐標處的起始位置并沿著第i層橫截面的邊緣移動；
(1-7)塑料絲送絲機構將塑料絲熔融從噴頭擠出，計算機控制X軸電機、Y軸電機帶動滑動座沿著第i層橫截面的邊緣移動，從噴頭擠出的熔融塑料絲靠近殼體的第i_l層固化； (1-8)當第i層殼打印完畢后，計算機通過計算并控制噴頭擠出X軸電機、Y軸電機運動，完成對第i層殼內部實體的打印；
(1-9)當i〈m時，使i值增加I并重復(1-6)至(1-8)的打印及填充過程;
(1-10)計算機控制線料擠出裝置反復操作，直到m層打印完畢，則物體打印完成；
其特征是，計算機調取每一層或指定的第i層的橫截面信息，并將每個選取的橫截面的圖像，轉化為基于線和線方向的矢量圖，并依照矢量圖的加工順序，按照線條的起始和終止和行進方向和路徑，對該層橫截面進行逐根線條的累計性打印。
[0014]
本發明的3D打印機與普通的3D打印機相比，外觀和基本動作似乎差別不大。但是由于對每個層的橫截面，進行矢量分析，并根據最佳和結構強度的要求不同，而重新安排了打印頭的行進路線。因此打印同樣的工件的外表特征將更加光滑(最外圍的一圈幾乎是封閉的環線打印。)，光潔度更高。3D打印出的線條與工件的結構相匹配走向與抗力方向匹配，因此工件強度的更高。
[0015]3D建模軟件包括CAID和CAD兩類。
[0016]CAID類包括aliasstud1，rhino等外觀設計軟件。