一种熔积成型三维打印的支撑模块的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及熔积成型三维打印(FDM)领域，特别涉及一种熔积成型三维打印的支撑模块及其生成方法以及使用该支撑模块的进行打印的模型的三维打印方法。
【背景技术】
[0002]熔积成型三维打印(FDM)技术是指将打印材料加热到某一超过材料熔点的温度之后，材料熔化为粘性半液态。通过喷嘴挤出打印材料，接触到平台或者之前打印的材料后降温凝固，形成一层固体。在程序的控制下，反复这一过程，一层一层堆叠出要求的三维模型的固体结构。
[0003]由熔积成型三维打印(FDM)的特性所致，当需要打印的模型中存在悬空部时(模型中的某一部分之下是空的，如桥梁)，熔化材料挤出后无处固着也就无法成形，为了解决该问题，一般会采取添加支撑模块的方法。支撑模块独立于需打印的模型，为需打印的模型的悬空部提供固着点。模型打印完成后，悬空部凝固为固体，此时便可将支撑模块去除。
[0004]支撑模块必需满足两个条件，一是结构稳固，能为需打印的模型的悬空部提供足够且稳定的支撑力；二是易于去除，不能与需打印的模型粘合太紧，以致模型凝固后无法剥离。
[0005]现有的支撑模块一般分为点支撑、线支撑和面支撑等方法:
[0006]点支撑是通过既定算法或人工的方式指定需打印的模型中最容易坍塌的点(比如某些需打印模型的局部最低点)，生成柱状支撑模块。该支撑方法可以以最少的结构达到支撑效果，也最容易剥离。但这种支撑方法通常需要人工干预，自动算法容易遗漏需要支撑的点，且不论自动还是人工的方式，一旦遗漏了需要支撑的点，整个需打印模型都有可能会受到影响。
[0007]线支撑是通过既定算法将需打印的模型中所有悬空的部分的下方以线形填充的方式打印生成片状支撑模块。线支撑的好处是生成过程完全不需要人工干预，也不会发生遗漏的情况。但是相比点支撑，线支撑需要打印更多的支撑模块，而且其自动生成的填充线也不一定正好能撑到最需要的点。
[0008]面支撑是上述线支撑基础上的改进，其具有两种实现方法，一种是直接增加线支撑填充线数量，直到线与线之间没有空隙。另一种是通过既定算法计算出当前的线支撑的支撑模块中哪些区域是确实与需打印的模型相接触，将这些区域打印成面，剩余的区域仍然以线的方式打印。相对于线支撑，面支撑的支撑模块更加稳固，需打印模型与支撑模块接触的表面更加密实平整。但由于使用面支撑打印形成的模型与其支撑模块的接触点更多，模型与支撑之间粘合也更紧密，更加不容易去除。
[0009]请一并参见图1和图2，其分别示出了理想状态下的熔积成型三维打印的支撑模块以及模型打印成型后的纵截面剖视图以及现有技术的一种熔积成型三维打印的支撑模块以及模型打印成型后的纵截面剖视图。如图1和图2所示，支撑模块I’设置于模型2’的悬空部21’的下方，用于打印过程中为悬空部21’提供固着点，支撑悬空部21’。在图1所示的理想状态下，支撑模块I’的上表面a与悬空部21’的下表面b之间存在间隙，相互之间并不粘连，以便于打印完成后去除支撑模块I’。而由于实际打印过程中会存在误差，如图2所示，支撑模块I’的上表面a和悬空部21’的下表面b之间会凹凸不平，发生面与面之间个别点的粘连，粘连点3’的数量直接决定了支撑模块I’与模型2’的粘合程度，粘连点3’越多，支撑模块I’越难以去除。
[0010]因此，本实用新型的目的就是要在不减低面支撑和线支撑的支撑稳定性的基础上，使支撑模块更加容易去除。
【实用新型内容】
[0011]针对现有技术中的缺陷，本实用新型的目的是提供熔积成型三维打印的支撑模块，该支撑模块相较于以往的支撑模块，能够在保持支撑的性能的同时，更加易于从模型的悬空部去除。
[0012]根据本实用新型的一个方面提供一种熔积成型三维打印的支撑模块，用于支撑需三维打印的模型的悬空部，其特征在于，所述支撑模块包括相互间隔排布的多个支撑单元，以对一个所述悬空部提供多个固着点。
[0013]优选地，所述支撑模块的横截面的形状和尺寸与所述悬空部在该横截面所在平面内的横向投影的轮廓相同。
[0014]优选地，每个未与所述轮廓相交的所述支撑单元的横截面均为六角形，且所述支撑单元之间呈蜂窝状排布。
[0015]优选地，每个未与所述轮廓相交的所述支撑单元的横截面均为矩形，且所述支撑单元之间呈矩阵排布。
[0016]优选地，每个未与所述轮廓相交的所述支撑单元的横截面均为三角形，且相邻的所述支撑单元之间呈正反相间设置。
[0017]优选地，所述支撑单元由热塑性材料制成。
[0018]根据本实用新型的另一个方面，还提供一种上述的熔积成型三维打印的支撑模块的生成方法，其特征在于，包括如下步骤:生成多个支撑单元，将多个所述支撑单元进行排布，形成阵列，所述阵列的位置与模型的悬空部相对应，所述阵列的尺寸大于所述悬空部的尺寸；将所述阵列与所述模型相交后逐层选取所述悬空部与所述阵列的交集，生成所述支撑模块。
[0019]优选地，所述选取悬空部与阵列的交集的步骤包括如下子步骤:逐层选取所述悬空部在每一层的投影与所述阵列上相应的截面的图像交集。
[0020]根据本实用新型的又一个方面，还提供一种模型的三维打印方法，其特征在于，包括如下步骤:生成需打印的模型，所述模型具有至少一个悬空部；生成支撑模块，该步骤为根据上述的生成方法生成所述支撑模块，所述支撑模块位于所述悬空部的下方；逐层打印所述模型以及所述支撑模块；将所述支撑模块从所述模型的悬空部去除。
[0021]相比于现有技术，本实用新型提供的熔积成型三维打印的支撑模块及其打印方法通过将现有技术中的整体式的支撑模块替换为多个相互独立且间隔排列的支撑单元组成的支撑模块，多个支撑单元之间间距很小、排列密集，使模型的悬空部在其支撑面积变化不大、支撑性能几乎没有改变的情况下，与每个支撑单元的粘连点数量远小于与现有技术中的整体式支撑模块的粘连点数量，并且，每一个支撑单元可以独立地从模型的悬空部拆除，因此，大大减低了支撑模块的拆除难度。
【附图说明】
[0022]通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显:
[0023]图1为理想状态下的熔积成型三维打印的支撑模块以及模型打印成型后的纵截面剖视图；
[0024]图2为现有技术的一种熔积成型三维打印的支撑模块以及模型打印成型后的纵截面剖视图；
[0025]图3为本实用新型的第一实施例的熔积成型三维打印的支撑模块以及模型打印成型后的纵截面剖视图；
[0026]图4为本实用新型的第一实施例的熔积成型三维打印的支撑模块的横截面剖视图；
[0027]图5为本实用新型的熔积成型三维打印的支撑模块的生成方法的流程图；
[0028]图6为本实用新型的第一实施例的生成过程中阵列与悬空部形成交集前位于同一水平面内的悬空部的横向投影结构示意图；
[0029]图7为与图6中处于同一水平面内的阵列的横截面结构示意图；
[0030]图8为本实用新型的模型的三维打印方法的流程图；
[0031]图9为本实用新型的第二实施例的熔积成型三维打印的支撑模块的横截面剖视图；
[0032]图10为本实用新型的第二实施例的生成过程中阵列与悬空部形成交集前位于同一水平面内的阵列的横截面结构示意图；
[0033]图11为本实用新型的第三实施例的熔积成型三维打印的支撑模块的横截面剖视图；
[0034]图12为本实用新型的第三实施例的生成过程中阵列与悬空部形成交集前位于同一水平面内的阵列的横截面结构示意图；以及
[0035]图13为本实用新型的一个实施例的熔积成型三维打印的支撑模块以及模型打印成型后的纵截面剖视图。
【具体实施方式】
[0036]下面结合附图和实施例对本实用新型的技术内容进行进一步地说明。需要说明的是，下述实施例以及附图中的支撑模块均以面支撑为例进行说明，但并不限于此，其同样可以应用于线支撑的支撑方式中。
[0037]第一实施例
[0038]请参见图3和图4，其分别示出了本实用新型的第一实施例的熔积成型三维打印的支撑模块以及模型打印成型后的纵截面剖视图以及支撑模块的横截面剖视图。模型2具有一个或者多个悬空部。支撑模块I设置于模型2的一个悬空部中。图3中以模型2的一个悬空部21为例进行说明。支撑模块I设置于模型2的悬空部21的下方，用于打印模型2的过程中为悬空部21提供多个固着点，支撑悬空部21，待打印完成后，将支撑模块I从模型2的悬空部21的下方去除。在图3和图4所示的实施例中，以纵向投影轮廓呈矩形、横向投影轮廓为星形的悬空部为例进行说明，其中，纵向是指沿模型2的高度方向，横向是指沿水平方向。但并不以此为限，本实用新型的支撑模块可以应用于所有形状的模型的悬空部。
[0039]如图3和图4所示，在本实用新型的优选实施例中，支撑模块I包括:多个相互间隔排布的支撑单元11。
[0040]为了有效地起到支撑的作用的同时，不使相邻的支撑单元11相互之间发生粘连，因此，每相邻的两个支撑单元11之间的间隔优选地为0.4毫米，该间隔的距离相当于一个线宽左右。支撑单元11由热塑性材料制成。具体来说，支撑单元11可以由蜡、ABS塑料、PC、尼龙等材料制成。优选地，支撑单元11与模型2使用的材料相同，使其可以使用单喷头的熔积型三维打印设备进行丝状供料。
[0041]由多个支撑单元11构成的支撑模块I