一种3d打印模具及其打印方法
【专利摘要】本发明公开了一种3D打印模具及其打印方法，3D打印模具为沿模型轮廓设置的单层框架体，单层框架体的厚度为0.2～1mm。其具有结构简单、成本低廉的优点，在制作复杂模型时可有效利用自身弹性将模型的细微特征全部表现出来，并在分离模型时可有效避免模型发生断裂磨损等损伤的情况，有效提高了制作复杂模型的成功率。3D打印模具的打印方法具有操作简便、易于实现、节省材料的优点。
【专利说明】
一种3D打印模具及其打印方法
技术领域
[0001 ]本发明涉及3D打印技术领域，具体涉及一种3D打印模具以及该模具的3D打印方法。
【背景技术】
[0002]随着科技的发展，目前通过3D打印技术(即快速成型技术)制作模具，特别是对于小批量生产且形状较为复杂的模具，日渐成为趋势。通过3D打印制作模具不但能缩短整个产品的开发周期，而且已成为驱动创新的源头。3D打印的灵活性使工程师能够尝试无数次的迭代，并能减少因模具设计修改带来的前期成本，可为工程师带来无限的选择以改进模具的设计。当目标部件由几个子部件组成时，3D打印具有整合设计并减少零部件数量的能力，这样就简化了产品组装过程并能降低公差。3D打印更短的生产周期，适合复杂几何形状，以及降低最终制造成本的能力，使得企业能够制造大量的个性化工具来支持定制部件的制造。
[0003]3D打印技术中，主常用的是熔融沉积成型技术。熔融沉积成型技术属于单点能量加载方式，表现为扫描填充路径。在根据模型切片计算打印路径数据步骤中，基于离散/堆积原理的熔融沉积成型技术在数据处理阶段，首先将模型文件(三维体单元)离散成切片(二维面单元)，然后进一步将切片离散成路径(一维线单元)，根据二维切片信息计算出用于最终扫描填充的加工轨迹路径。目前广泛应用于熔融沉积成型技术的填充算法主要有:轮廓偏置填充算法、并行栅格扫描填充算法以及混合路径填充算法等。
[0004](I)栅格扫描路径:其利用活性边表法求出一组平行线与切片多边形的交点，得到扫描线段后，将这些扫描线段首尾连接起来形成扫描填充路径;在栅格扫描路径的基础上，基于特征分区的栅格扫描路径算法一一并行栅格扫描填充算法，能够近似、并行的完成整个待成型二维平面区域的扫描填充过程。
[0005](2)轮廓偏置扫描:这种扫描方式的扫描线平行于边界轮廓，有由内向外和由外向内两种类型。分区域偏置扫描算法，在内外轮廓线附近一定区域内采取偏置填充方式，在偏置后得到的新轮廓采取分区域算法，最后再分得的各区域中分别进行偏置扫描填充。
[0006](3)混合路径填充算法:在切片数据的轮廓环周围采取轮廓偏置路径扫描算法进行若干次填充，外轮廓边界向内偏置，内轮廓边界向外偏置，并对重叠部分加以相应处理。在轮廓偏置路径未填充区域采用并行栅格扫描填充算法予以填充。
[0007]轮廓环分组:由STL模型通过切片算法得到的切片由若干轮廓环组成。根据其界定区域的性质不同，切片的轮廓环分为外轮廓环和内轮廓环。当一个轮廓环的包围区域是实体部分时，该轮廓环为外轮廓环，当是孔洞部分时为内轮廓环。如果一个外轮廓环仅包容内轮廓环，那么它们共同组成的区域就是一个有空洞的实体区域。而如果一个外轮廓环所包容的内轮廓环又包容其它轮廓环，那么它们共同组成的区域则是一个多连通区域。一个多连通区域通过合理的轮廓环分组，可以分成多个单连通区域。轮廓环分组算法将有着复杂包含关系的母切片划分为若干个独立的只包含一个单连通区域的子切片，这样就可以将原本非常复杂的问题逐一分解，各个击破，在快速成型工艺软件中有着广泛的用途。
[0008]现有基于3D打印成型的模具都是扫描填充路径，提高复杂模型制作的成功率一直是该领域探索的主题。在细微特征处或特征弯曲处，由模具制作的模型在分离时，细微特征由于本身和模具材质的限制很大程度不能体现，或是在特征的弯曲处模型不易分离，需要借助外力因素处理，这些因素导致了现有模具制作复杂模型实体的成功率很低。
【发明内容】
[0009]本发明的目的是提供一种3D打印模具及其打印方法，其中，3D打印模具具有结构简单、成本低廉的优点。3D打印模具的打印方法具有操作简便、易于实现的优点。
[0010]为解决现有技术中3D打印成型的模具其存在的复杂模型体不易分离，且容易造成模型损伤影响制作成功率的问题，本发明提供的一种3D打印模具，所述模具为沿模型轮廓设置的单层框架体，所述单层框架体的厚度为0.2?1mm。
[0011]进一步的，本发明一种3D打印模具，其中，所述模具的单层框架体的打印轨迹路径仅包含由模型的轮廓生成的扫描路径。
[0012]进一步的，本发明一种3D打印模具，其中，所述3D打印模具为塑料模具。
[0013]本发明提供的一种3D打印模具的打印方法，包括以下步骤:
[0014]一、由模型源文件导出STL文件；
[0015]二、在虚拟打印平面上调整和布置模型；
[0016]三、使用切片工具对模型进行切片，并生成模型的轮廓打印路径数据；
[0017]四、依据模型的轮廓打印路径数据生成数控代码；
[0018]五、将数控代码发送到打印机开始打印模型的轮廓，并最终形成模型的3D打印模具。
[0019]其中，在步骤三中所述使用切片工具对模型进行切片，并生成模型的轮廓打印路径数据，按以下方法实现:
[0020]a、将模型的三维体单元数据离散成切片数据，其中每个切片数据均为二维面单元；
[0021]b、将每个切片数据进一步离散成多个线段，其中每个线段均为一维线单元；
[0022]C、将每个切片的轮廓线段依次首尾连接，得到仅包含该切片轮廓的扫描路径数据；
[0023]d、所有切片的轮廓扫描路径数据叠加组合构成模型的轮廓打印路径数据。
[0024]本发明一种3D打印模具及其打印方法与现有技术相比具有以下优点:本发明提供的3D打印模具，通过仅设置沿模型轮廓设置的单层框架体，并使单层框架体的厚度为0.2?1mm，在制作复杂模型时可有效利用自身弹性将模型的细微特征全部表现出来，并在分离模型时可有效避免模型发生断裂磨损等损伤的情况，有效提高了制作复杂模型的成功率。本发明提供的3D打印模具的打印方法具有操作简便、易于实现、节省材料的优点。
[0025]下面结合附图所示实施例对本发明一种3D打印模具及其打印方法作进一步详细说明:
【附图说明】
[0026]图1为一种模型示意图；
[0027]图2为图1所不_旲型的切片不意图；
[0028]图3为本发明根据图1所示模型打印的3D打印模具的示意图。
【具体实施方式】
[0029]首先需要说明的是，本发明既提供了一种3D打印模具，又提供了该3D打印模具的打印方法。其中图1中所示模型、图2中所示切片以及图3中所示3D打印模具的形状仅是示意性的，并不代表本发明的3D打印模具的实际形状，在具体应用中，本发明的3D打印模具形状是依据实际模型的轮廓确定的。如图1至图3所示本发明一种3D打印模具的【具体实施方式】，所述模具为沿模型轮廓设置的单层框架体，其中单层框架体的厚度为0.2?1mm。
[0030]作为【具体实施方式】，在具体打印制作过程中，3D打印模具的单层框架体的打印轨迹路径仅包含由模型的轮廓生成的扫描路径。不包含任何扫描路径填充数据，由此生成的加工轨迹路径，成型的模具仅具有一层模型的轮廓框架体。作为具体实施方法，本发明的3D打印模具尤其适合塑料模具，但需要指出的是，这并不代表本发明仅适了塑料模具，同样适应与塑料具有等或类似特性的物质。
[0031]本发明提供的3D打印模具通过仅设置沿模型轮廓设置的单层框架体，并使单层框架体的厚度为0.2?1mm，在制作复杂模型时可有效利用自身弹性将模型的细微特征全部表现出来，并在分离模型时可有效避免模型发生断裂磨损等损伤的情况，有效提高了制作复杂模型的成功率。
[0032]作为3D打印模具的打印方法的【具体实施方式】，具体包括以下步骤:
[0033]一、由模型源文件导出STL文件；
[0034]二、在虚拟打印平面上调整和布置模型；
[0035]三、使用切片工具对模型进行切片，并生成模型的轮廓打印路径数据；
[0036]四、依据模型的轮廓打印路径数据生成数控代码；
[0037]五、将数控代码发送到打印机，开始打印模型的轮廓，并最终形成模型的3D打印模具。
[0038]其中，在上述步骤三中，所述使用切片工具对模型进行切片，并生成模型的轮廓打印路径数据，按以下方法实现:
[0039]a、将模型的三维体单元数据离散成切片数据，其中每个切片数据均为二维面单元；
[0040]b、将每个切片数据进一步离散成多个线段，其中每个线段均为一维线单元；
[0041]C、将每个切片的轮廓线段依次首尾连接，得到仅包含该切片轮廓的扫描路径数据；
[0042]d、所有切片的轮廓扫描路径数据叠加组合构成模型的轮廓打印路径数据。
[0043]本发明提供的3D打印模具的打印方法，具有技术成熟、操作简便、易于实现、节省材料的优点。所涉及的3D打印技术是基于熔融沉积成型技术，首先将已有的模型文件导出STL文件;在虚拟打印平面上调整和布置模型;使用切片软件将模型切片，计算出打印路径数据并生成数控代码;将数控代码连接到打印机开始打印。喷头将固态材料加热至熔融状态，加热温度根据材料的不同，一般在200摄氏度到260摄氏度，熔融态材料通过喷头挤出，一层层的叠加成型到一起，最后形成打印模具。
[0044]以上实施例仅是对本发明的优选实施方式进行的描述，并非对本发明请求保护范围进行的限定，在不脱离本发明设计构思的前提下，本领域技术人员依据本发明的技术方案做出的各种形式的变形，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。
【主权项】
1.一种3D打印模具，其特征在于，所述模具为沿模型轮廓设置的单层框架体，所述单层框架体的厚度为0.2?1mm。2.按照权利要求1所述的一种3D打印模具，其特征在于，所述模具的单层框架体的打印轨迹路径仅包含由模型的轮廓生成的扫描路径。3.按照权利要求1所述的一种3D打印模具，其特征在于，所述3D打印模具为塑料模具。4.一种如权利要求1所述3D打印模具的打印方法，包括以下步骤: 一、由模型源文件导出STL文件； 二、在虚拟打印平面上调整和布置模型； 三、使用切片工具对模型进行切片，并生成模型的轮廓打印路径数据； 四、依据模型的轮廓打印路径数据生成数控代码； 五、将数控代码发送到打印机，开始打印模型的轮廓，并最终形成模型的3D打印模具； 其特征在于，在步骤三中所述使用切片工具对模型进行切片，并生成模型的轮廓打印路径数据，按以下方法实现: a、将模型的三维体单元数据离散成切片数据，其中每个切片数据均为二维面单元； b、将每个切片数据进一步离散成多个线段，其中每个线段均为一维线单元； C、将每个切片的轮廓线段依次首尾连接，得到仅包含该切片轮廓的扫描路径数据； d、所有切片的轮廓扫描路径数据叠加组合构成模型的轮廓打印路径数据。
【文档编号】B29C67/00GK106064480SQ201610615858
【公开日】2016年11月2日
【申请日】2016年7月29日
【发明人】郭戈, 唐果林, 高明希
【申请人】北京太尔时代科技有限公司