三维模型单轴方向无限打印方法及系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种三维模型单轴方向无限打印方法及系统，所述方法包括：分析构建待打印工件的三维模型；将三维模型沿第一轴方向离散为多层的二维层面，并得到每一层二维层面的第二轴和第三轴二维平面坐标；每次根据每一层二维层面的第二轴和第三轴二维平面坐标依次进行每一层工件的第二轴方向的逐行点阵式打印。本发明能够突破现有的三维打印机的打印局限，实现三维模型的单方向轴的无限打印，即使体积较小的三维打印机也无需改动现有的结构。
【专利说明】三维模型单轴方向无限打印方法及系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种三维模型单轴方向无限打印方法及系统。
【背景技术】
[0002]三维(3D)打印技术实际上是一系列快速原型成型技术的统称，其基本原理都是迭层制造，由快速原型机在χ-y平面内通过扫描形式形成如图1所示的工件的各层截面形状，而在z坐标间断地作层面厚度的位移，最终形成三维制件，图1中，工件的待填充矢量13位于工件的外边界11和内边界之间。市场上的快速成型技术分为3DP技术、FDM熔融层积成型技术、SLA立体平版印刷技术、SLS选区激光烧结、DLP激光成型技术和UV紫外线成型技术等。其中，FDM熔融层积成型技术是将丝状的热熔性材料加热融化，同时三维喷头在计算机的控制下，根据截面轮廓信息，将材料选择性地涂敷在工作台上，快速冷却后形成一层截面，一层成型完成后，机器工作台下降一个高度(即分层厚度)再成型下一层，直至形成整个实体造型，其成型材料种类多，成型件强度高、精度较高，主要适用于成型小塑料件。
[0003]采用3DP技术的三维打印机使用标准喷墨打印技术，通过将液态连结体铺放在粉末薄层上，以打印横截面数据的方式逐层创建各部件，创建三维实体模型，采用这种技术打印成型的样品模型与实际产品具有同样的色彩，还可以将彩色分析结果直接描绘在模型上，模型样品所传递的信息较大。
[0004]然而，现有的三维打印机尺寸会直接影响到待打印工件的实际大小，例如，当需要对如图2所示的工件的一层截面形状进行打印时，现有的三维打印机打印方向及顺序为a—b一c一d一e,且打印区域由外向内打印，打印范围局限于打印机内部空间，因此，只能打印有限空间，无法如同纸张打印机通过连续进纸实现无限打印。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种三维模型单轴方向无限打印方法及系统，能够突破现有的三维打印机的打印局限，实现三维模型的单方向轴的无限打印。
[0006]为解决上述问题，本发明提供一种三维模型单轴方向无限打印方法，包括:
[0007]分析构建待打印工件的三维模型；
[0008]将三维模型沿第一轴方向离散为多层的二维层面，并得到每一层二维层面的第二轴和第三轴二维平面坐标；
[0009]每次根据每一层二维层面的第二轴和第三轴二维平面坐标依次进行每一层工件的第二轴方向的逐行点阵式打印。
[0010]进一步的，在上述方法中，
[0011]每次根据每一层二维层面的第二轴和第三轴二维平面坐标依次进行每一层工件的第二轴方向的逐行点阵式打印的步骤包括:
[0012]步骤一，将打印喷头移动至第一层二维层面所在的第一轴坐标；
[0013]步骤二，从当前层二维层面的第二轴和第三轴二维平面坐标中获取当前层二维层面的每一第三轴坐标下第二轴向行的所有第二轴坐标，将打印喷头定位在当前层的二维层面的第一个第三轴坐标后，依次对当前的第三轴坐标下第二轴向行的每一个第二轴坐标进行打印；步骤三，判断是否完成当前层二维层面的最后一个第三轴坐标下第二轴向行的每一个第二轴坐标的打印，若是，则转到步骤五，若否，则转到步骤四；
[0014]步骤四，将打印喷头移动至当前层二维层面的下一第三轴坐标后，依次对当前第三轴坐标下第二轴向行的每一个第二轴坐标进行打印；
[0015]步骤五，判断当前层二维层面的第一轴坐标是否等于最后一层的二维层面的第一轴坐标，若等于，则退出，若不等于，则将打印喷头移动至下一层的二维层面所在的第一轴坐标后转到步骤二。
[0016]进一步的，在上述方法中，每次根据每一层二维层面的第二轴和第三轴二维平面坐标依次进行每一层工件的第二轴向逐行点阵式打印的步骤中:
[0017]所有层的工件打印于多个沿第三轴方向连接的刚性或柔性承载面上。
[0018]进一步的，在上述方法中，所述刚性承载面之间通过合页进行连接。
[0019]进一步的，在上述方法中，所述的第一轴、第二轴、第三轴分别选自X轴、y轴、z轴中的任一种。
[0020]进一步的,在上述方法中,所述的第一轴为z轴,第二轴为X轴或y轴,第三轴为y轴或X轴。
[0021]根据本发明的另一面，提供一种三维模型单轴方向无限打印系统，包括:
[0022]三维模型模块，用于分析构建待打印的工件的三维模型；
[0023]离散模块，用于将三维模型沿第一轴方向离散为多层的二维层面，并得到每一层二维层面的第二轴和第三轴二维平面坐标；
[0024]打印控制模块，用于每次根据每一层二维层面的第二轴和第三轴二维平面坐标依次进行每一层工件的第二轴方向的逐行点阵式打印。
[0025]进一步的，在上述系统中，
[0026]所述打印控制模块包括:
[0027]第一轴坐标控制单元，用于将打印喷头移动至第一层二维层面所在的第一轴坐标后运行第一行打印控制单元；
[0028]第一行打印控制单元，用于从当前层二维层面的第二轴和第三轴二维平面坐标中获取当前层二维层面的每一第三轴坐标下第二轴向行的所有第二轴坐标，将打印喷头定位在当前层二维层面的第一个第三轴坐标后，依次对当前第三轴坐标下第二轴向行的每一个第二轴坐标进行打印后运行第三轴坐标判断单元；
[0029]第三轴坐标判断单元，判断是否完成当前层二维层面的最后一个第三轴坐标下第二轴向行的每一个第二轴坐标的打印，若是，则运行第一轴坐标判断单元，若否，则运行后续行打印控制单元；
[0030]后续行打印控制单元，用于将打印喷头移动至当前层二维层面的下一第三轴坐标后，依次对当前第三轴坐标下第二轴向行的每一个第二轴坐标进行打印后运行第一轴坐标判断单元；
[0031]第一轴坐标判断单元，判断当前层的二维层面的第一轴坐标是否等于最后一层的二维层面的第一轴坐标，若等于，则退出，若不等于，则将打印喷头移动至下一层的二维层面所在的第一轴坐标后运行第一行打印控制单元。
[0032]进一步的，在上述系统中，打印控制模块，用于将所有层的工件打印于多个沿第三轴向连接的刚性或柔性承载面上。
[0033]进一步的，在上述系统中，所述刚性承载面之间通过合页进行连接。
[0034]进一步的，在上述系统中，所述的第一轴、第二轴、第三轴分别选自X轴、y轴、z轴中的任一种。
[0035]进一步的,在上述系统中,所述的第一轴为z轴,第二轴为X轴或y轴,第三轴为y轴或X轴。
[0036]与现有技术相比，本发明通过分析构建待打印工件的三维模型，将三维模型沿第一轴方向离散为多层的二维层面，并得到每一层二维层面的第二轴和第三轴二维平面坐标，每次根据每一层二维层面的第二轴和第三轴二维平面坐标依次进行每一层工件的第二轴方向的逐行点阵式打印，能够突破现有的三维打印机的打印局限，实现三维模型的单方向轴的无限打印，即使体积较小的三维打印机也无需改动现有的结构。
【专利附图】
【附图说明】
[0037]图1是的工件的截面形状示意图；
[0038]图2是现有的三维打印的方向和顺序示意图；
[0039]图3是本发明一实施例的三维模型单轴方向无限打印方法的流程图；
[0040]图4是图3中步骤S3的详细流程图；
[0041]图5是本发明一实施例的打印的方向和顺序示意图；
[0042]图6是本发明一实施例的三维模型单轴方向无限打印系统的模块图；
[0043]图7是图6中打印控制模块的模块图。
【具体实施方式】
[0044]为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细的说明。
[0045]实施例一
[0046]如图3所示，本发明提供一种三维模型单轴方向无限打印方法，包括:
[0047]步骤SI,分析构建待打印的工件的三维模型；
[0048]步骤S2，将三维模型沿z轴方向离散为多层的二维层面，并得到每一层的二维层面的X和I轴二维平面坐标；具体的，本步骤中沿着Z轴方向对模型进行切片；
[0049]步骤S3，每次根据每一层的二维层面的X和I轴二维平面坐标依次进行每一层工件的X轴向逐行点阵式打印。具体的，本实施例通过调整现有的三维打印的方向和顺序，结合传统二维打印的“工”字形打印方向和顺序，在单轴方向上实现了无限打印，且无需另外改动三维打印机的硬件结构，如打印一幅三维立体长卷画或其他对单轴长度具有特殊要求物品件，本实施例的打印方法皆可满足。打印头直接沿X轴向逐行点阵式打印，打印完一行后沿y轴方向增加一行，打印下一行，打印完一层后沿Z轴方向增加一层，打印下一层。本实施例的2D打印(也就是纸张打印机)做的是沿着y轴做切片，打印完一行后，y轴增加，打印下一行。在切片完成后得到了一个个平面的图形，如果把每个平面理解为单个2D打印任务，本实施例中依赖2D打印的方案，将平面再做切分，将线性运动转化为如图5所示的横向点阵式，图5中打印方向和顺序为a— b— c一d，即在X轴方向上进行移动，使打印区域不受打印机大小及空间限制。比较图2和图5的打印方向和顺序，可以看出现有的三维打印的方向和顺序是一种线性运动指令，而本实施例2D打印是一种点阵式打印。本实施例中三维打印机在y轴方向只需很小的固定宽度作为打印工作面即可。
[0050]优选的，如图4所示，步骤S3包括:
[0051]步骤S31，将打印喷头移动至第一层的二维层面所在的z轴坐标；
[0052]步骤S32，从当前层的二维层面的X和y轴二维平面坐标中获取当前层的二维层面的每一 I轴坐标下X轴向行的所有X轴坐标，将打印喷头定位在当前层的二维层面的第一个I轴坐标后，依次对当前的I轴坐标下X轴向行的每一个X轴坐标进行打印；
[0053]步骤S33，判断是否完成当前层的二维层面的最后一个y轴坐标下X轴向行的每一个X轴坐标的打印，若是，则转到步骤S35，若否，则转到步骤S34 ；
[0054]步骤S34,将打印喷头移动至当前层的二维层面的下一 y轴坐标后,依次对当前y轴坐标下X轴向行的每一个X轴坐标进行打印；
[0055]步骤S35，判断当前层的二维层面的z轴坐标是否等于最后一层的二维层面的z轴坐标，若等于，则转到步骤S36，若不等于，则转到步骤S37 ；
[0056]步骤S36，则退出；
[0057]步骤S37，将打印喷头移动至下一层的二维层面所在的z轴坐标后转到步骤S32。
[0058]优选的，步骤S3中，所有层的工件打印于多个沿y轴向连接的刚性承载面上。可选的，所述刚性承载面之间通过合页进行连接。具体的，打印工件下方有一个承载面，如同2D打印墨水是依靠纸张作为承载面，三维打印对象同样需要一个承载面，该承载面可以在y轴方向做正反向运动，该承载面可以是柔性或者刚性材料。当打印工件移出打印工作面以后，由于三维打印材料成型的快速固化，材料自身有一定刚性，所以y轴方向的打印长度取决于三维打印材料自身的刚性和模型的重量，刚性承载面使用合页链接，收纳状态时是弯曲的，抽出来以后在直线方向保持平整，这样就可以提供一个在y轴方向无限的打印承载面。
[0059]本实施例能够突破现有的三维打印机的打印局限，实现三维模型的单方向轴的无限打印，即使体积较小的三维打印机也无需改动现有的结构，在实际三维打印机生产中也可将体积设计得更小。
[0060]实施例二
[0061]如图6所示，本发明还提供另一种三维模型单轴方向无限打印系统，包括:
[0062]三维模型模块I，用于分析构建待打印的工件的三维模型；
[0063]离散模块2，用于将三维模型沿z轴方向离散为多层的二维层面，并得到每一层的二维层面的X和y轴二维平面坐标；
[0064]打印控制模块3，用于每次根据每一层的二维层面的1和7轴二维平面坐标依次进行每一层工件的X轴向逐行点阵式打印。
[0065]优选的，所述打印控制模块3包括:
[0066]z轴坐标控制单元31，用于将打印喷头移动至第一层的二维层面所在的z轴坐标后运行第一行打印控制单元32 ；[0067]第一行打印控制单元32，用于从当前层的二维层面的X和y轴二维平面坐标中获取当前层的二维层面的每一 I轴坐标下X轴向行的所有X轴坐标，将打印喷头定位在当前层的二维层面的第一个I轴坐标后，依次对当前的I轴坐标下X轴向行的每一个X轴坐标进行打印后运行I轴坐标判断单元33 ；
[0068]y轴坐标判断单元33，判断是否完成当前层的二维层面的最后一个y轴坐标下x轴向行的每一个X轴坐标的打印，若是，则运行Z轴坐标判断单元34，若否，则运行后续行打印控制单元35 ；
[0069]后续行打印控制单元35，用于将打印喷头移动至当前层的二维层面的下一 y轴坐标后，依次对当前I轴坐标下X轴向行的每一个X轴坐标进行打印后运行Z轴坐标判断单元34 ；[0070]z轴坐标判断单元34，判断当前层的二维层面的z轴坐标是否等于最后一层的二维层面的z轴坐标，若等于，则退出，若不等于，则将打印喷头移动至下一层的二维层面所在的Z轴坐标后运行第一行打印控制单元32。
[0071]优选的，打印控制模块3，用于将所有层的工件打印于多个沿y轴向连接的刚性承载面上。较佳的，所述刚性承载面之间通过合页进行连接。
[0072]实施例二的其它详细内容具体可参见实施例一的相应部分，在此不再赘述。
[0073]综上所述，本发明通过分析构建待打印的工件的三维模型，将三维模型沿z轴方向离散为多层的二维层面，并得到每一层的二维层面的X和I轴二维平面坐标，每次根据每一层的二维层面的X和I轴二维平面坐标依次进行每一层工件的X轴向逐行点阵式打印，能够突破现有的三维打印机的打印局限，实现三维模型的单方向轴的无限打印，即使体积较小的三维打印机也无需改动现有的结构。
[0074]本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
[0075]专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
[0076]显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。
【权利要求】
1.一种三维模型单轴方向无限打印方法，其特征在于，包括: 分析构建待打印工件的三维模型； 将三维模型沿第一轴方向离散为多层的二维层面，并得到每一层二维层面的第二轴和第三轴二维平面坐标； 每次根据每一层二维层面的第二轴和第三轴二维平面坐标依次进行每一层工件的第二轴方向的逐行点阵式打印。
2.如权利要求1所述的三维模型单轴方向无限打印方法，其特征在于，每次根据每一层二维层面的第二轴和第三轴二维平面坐标依次进行每一层工件的第二轴方向的逐行点阵式打印的步骤包括: 步骤一，将打印喷头移动至第一层二维层面所在的第一轴坐标； 步骤二，从当前层二维层面的第二轴和第三轴二维平面坐标中获取当前层二维层面的每一第三轴坐标下第二轴向行的所有第二轴坐标，将打印喷头定位在当前层的二维层面的第一个第三轴坐标后，依次对当前的第三轴坐标下第二轴向行的每一个第二轴坐标进行打印；步骤三，判断是否完成当前层二维层面的最后一个第三轴坐标下第二轴向行的每一个第二轴坐标的打印，若是，则转到步骤五，若否，则转到步骤四； 步骤四，将打印喷头移动至当前层二维层面的下一第三轴坐标后，依次对当前第三轴坐标下第二轴向行的每一个第二轴坐标进行打印； 步骤五，判断当前层二维层面的第一轴坐标是否等于最后一层的二维层面的第一轴坐标，若等于，则退出，若不等于，则将打印喷头移动至下一层的二维层面所在的第一轴坐标后转到步骤二。
3.如权利要求1所述的三维模型单轴方向无限打印方法，其特征在于，每次根据每一层二维层面的第二轴和第三轴二维平面坐标依次进行每一层工件的第二轴向逐行点阵式打印的步骤中: 所有层的工件打印于多个沿第三轴方向连接的刚性或柔性承载面上。
4.如权利要求3所述的三维模型单轴方向无限打印方法，其特征在于，所述刚性承载面之间通过合页进行连接。
5.如权利要求1-4中任一项所述的三维模型单轴方向无限打印方法，其特征在于，所述的第一轴、第二轴、第三轴分别选自X轴、y轴、z轴中的任一种。
6.如权利要求5所述的三维模型单轴方向无限打印方法，其特征在于，所述的第一轴为z轴,第二轴为X轴或y轴,第三轴为y轴或X轴。
7.—种三维模型单轴方向无限打印系统，其特征在于，包括: 三维模型模块，用于分析构建待打印的工件的三维模型； 离散模块，用于将三维模型沿第一轴方向离散为多层的二维层面，并得到每一层二维层面的第二轴和第三轴二维平面坐标； 打印控制模块，用于每次根据每一层二维层面的第二轴和第三轴二维平面坐标依次进行每一层工件的第二轴方向的逐行点阵式打印。
8.如权利要求7所述的三维模型单轴方向无限打印系统，其特征在于，所述打印控制模块包括: 第一轴坐标控制单元，用于将打印喷头移动至第一层二维层面所在的第一轴坐标后运行第一行打印控制单元； 第一行打印控制单元，用于从当前层二维层面的第二轴和第三轴二维平面坐标中获取当前层二维层面的每一第三轴坐标下第二轴向行的所有第二轴坐标，将打印喷头定位在当前层二维层面的第一个第三轴坐标后，依次对当前第三轴坐标下第二轴向行的每一个第二轴坐标进行打印后运行第三轴坐标判断单元； 第三轴坐标判断单元，判断是否完成当前层二维层面的最后一个第三轴坐标下第二轴向行的每一个第二轴坐标的打印，若是，则运行第一轴坐标判断单元，若否，则运行后续行打印控制单兀； 后续行打印控制单元，用于将打印喷头移动至当前层二维层面的下一第三轴坐标后，依次对当前第三轴坐标下第二轴向行的每一个第二轴坐标进行打印后运行第一轴坐标判断单元； 第一轴坐标判断单元，判断当前层的二维层面的第一轴坐标是否等于最后一层的二维层面的第一轴坐标，若等于，则退出，若不等于，则将打印喷头移动至下一层的二维层面所在的第一轴坐标后运行第一行打印控制单元。
9.如权利要求7所述的三维模型单轴方向无限打印系统，其特征在于，打印控制模块，用于将所有层的工件打印于多个沿第三轴向连接的刚性或柔性承载面上。
10.如权利要求9所述的三维模型单轴方向无限打印系统，其特征在于，所述刚性承载面之间通过合页进行连接。
11.如权利要求7-10中任一项所述的三维模型单轴方向无限打印系统，其特征在于，所述的第一轴、第二轴、第三轴分别选自X轴、y轴、z轴中的任一种。
12.如权利要求11所述的三维模型单轴方向无限打印方法，其特征在于，所述的第一轴为Z轴,第二轴为X轴或y轴,第三轴为y轴或X轴。
【文档编号】B29C67/00GK103950201SQ201410184554
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2014年5月4日 优先权日:2014年5月4日
【发明者】虞立, 蔡世光 申请人:英华达（上海）科技有限公司, 英华达(上海)电子有限公司, 英华达股份有限公司