[发明专利]一种三维打印脱料方法

说明书

本发明公开了一种三维打印脱料方法，包括以下步骤：(1)打印区域导入待打印模型；(2)打印区域的下方设有阵列排布的支撑单元，根据支撑单元排布将模型所在的打印区域划分成对应数量的支撑区域；(3)控制打印机和支撑单元工作完成实体模型的打印；(4)根据模型的特点，对模型所在区域划分出多种分离区和推动区组合，选择一种分离区和推动区的组合划分模型所在区域，推动区的支撑单元向上运动，之后选择下一种分离区和推动区的组合划分模型所在区域，重复上述过程，直至遍历所有的分离区和推动区组合；本发明的三维打印脱料方法减少材料的浪费并缩短处理时间与提高生产效率，还可以自动完成脱模，减少模型受损的可能。

技术领域

本发明涉及三维打印技术领域，特别涉及一种三维打印脱料方法。

背景技术

3D打印，是根据所设计的三维CAD模型，通过3D打印设备逐层堆积材料来制造实体零件的技术。因为3D打印在复杂零件的制作和个性化定制上具有成本低廉等优势，其在原型和模具制造方面具有巨大的优势。在包括政府、航天和国防、医疗设备、高科技、教育业以及制造业等领域 3D打印获得广泛应用。具体来说，3D打印操作分为5步：1)3D模型的获取，2)数据格式转换，3)切片计算，4)打印路径规划，5)输出到3D 打印机。

熔融沉积制造技术(FDM)是目前市场份额最多的3D打印技术，具有操作简单、环境友好、技术开源等优点。其工作原理是加工成丝状的热熔融材料(ABS、PLA、蜡等)经送丝机构送进热熔喷嘴，在喷嘴内丝状材料被加热熔融，同时喷头沿零件层片轮廓和填充轨迹运动，并将熔融材料挤出，使其在沉积在工作台上指定的位置后凝固成型，与前一层已成型的材料粘结层层堆积最终形成产品模型。

由于FDM型三维打印机打印原理类似于简单的“堆积木”，在打印物体模型中的悬空部位时，被挤出的塑料丝悬在空中而无法融合。用户需要在切片前对物体模型悬空部位下方添加支撑结构。这些支撑结构作为物体模型的一部分被打印机打印。支撑结构会对FDM的成型时间和质量有很大影响，阻碍了FDM技术发展。

目前FDM的支撑技术的研究内容主要集中在支撑算法和支撑材料上，同时开发新型打印设备以去除或者减少支撑结构为目的也是当前研究方向。支撑算法最初解决的是支撑结构生成区域的问题，后期则是对支撑结构进行优化，希望获得用量少且强度高的支撑结构。支撑材料的研究目的是使得支撑结构易于去除，其按后处理方式分为两种：剥离性材料和水溶性材料。剥离性材料是在打印完成后用手或者镊子剥离；而水溶性材料则是用相应的溶液进行后处理去除。支撑材料使得FDM生产的模型后处理更加方便。五轴打印机作为一种新型打印设备，相比于传统的3轴打印设备多出两个旋转轴使得打印方向更加自由，理论上可以将工作面调整到无需添加支撑的角度上从而免除支撑结构。

支撑算法暂时没有生成理想中的用量少且强度高的支撑结构，在减少支撑的同时难以保证支撑结构本身的稳定，还需要研究更加智能的方法；支撑材料则没有解决打印支撑结构的时间消耗和材料浪费问题，且需要多喷头打印，对打印机精度也有苛刻的要求；五轴打印机的操作系统比传统打印设备复杂，需要前期大量工艺研究作为基础，目前无法对任意模型进行打印规划。

除了上述研究内容，有行业内人员提出了用外部支撑结构代替原有打印结构的想法。如果事先有支撑件与待打印模型的支撑结构相同或者近似，那么打印中用支撑件来取代支撑结构将能节省时间和材料。例如申请公布号CN 104647753 A的专利文献公开了一种立体打印方法，提供了一种存放支撑件的数据库，在需要打印时从数据库中取支撑件置于打印机基板的预定位置上进行打印。此类方法目前能解决光固化成型的三维打印支撑问题，对于其他类型的3D打印方法并不能很好的适用。比如在FDM 生产过程中，如果事先在打印机基板上放置支撑件，则由于FDM依靠喷头加热挤出的方式生产，喷头在逐层打印制造模型时就会与事先放置的支撑件碰撞。