[发明专利]一种3D打印系统及基于其的3D打印方法

说明书

本发明公开了一种3D打印系统，包括材料单元货架、材料处理单元、材料搬运和连接单元、产品成型单元以及工控机单元，所述材料单元货架、材料处理单元、材料搬运和连接单元、产品成型单元以及工控机单元之间电连接，其中，所述材料单元货架中的材料单元是预制材料单元。本发明还公开了一种使用所述的3D打印系统进行的3D打印方法。本发明因为预制材料单元是与当前3D打印中的最大成型点相比大得多的体积、具有精密的结构和尺度、并且具有高性能的单一、多元或者复合材料，由此实现了所产生的3D打印产品具有高速度、高精度、高性能的特征。

技术领域

本发明涉及3D打印领域，特别涉及一种采用预制材料单元的3D打印系统及基于其的3D打印方法。

背景技术

3D打印技术日益受到更大的关注，并在诸多领域得到初步应用，原因在于，第一，3D打印技术是计算机图像处理、立体成像及分解、先进材料、精密机械等多种新技术的融合，本身有强大的技术诱惑力；第二，3D打印属于增材制造，产品制造过程中，不存在材料的舍弃、无用消耗，满足了当前节能、环保、高效发展的趋势需求；第三，尤其重要的是，3D打印技术在工业新品开发过程中，不再需要昂贵的模具设计加工、不再需要长时间的等候才能实验验证，大幅度降低了新品开发周期；第四，对于浇铸成型来说，3D打印能够快速提供高精度成型树脂砂型。

当前的3D打印技术，无论是树脂材料3D打印还是金属或者其它材料3D打印，无论是激光作为热源，还是电弧或者其它方式作为热源，无论是厘米尺度3D打印还是米级甚至更大尺度3D打印，其成型过程中，第一、都需要经历一个原材料相变成型的过程，粉体或者丝材，需要熔融然后固化；液态材料，比如光固化树脂，是在光的作用下固化，等等。第二、成型过程，是一个点一个点扫描进行成型，这样，如果要提高精度，必然需要每一个成型点都足够小，才能获得所需要的精度；但是，成型点越小，意味着同样体积的产品，需要的成型点就越多，所需要的时间就越长，严重的降低了成型速度，反之亦然。第三、对于光固化面成像3D打印，其最大成型精度可以达到微米、亚微米级，但是，该分辨率仅仅指表面分辨率而言，在深度方向，因为液态光固化树脂的流动性等原因，其预制厚度也在约50微米，可以说并不具有真正的微纳米分辨率。第四、从性能来说，即使不考虑精度，因为成型过程中存在相变、温度梯度、材料组分或组织梯度等，不可避免导致最后成型品出现应力分布不均、材料内部缺陷等不足，严重影响成型品的性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种3D打印系统及基于其的3D打印方法，解决现有技术中的3D打印系统及基于现有技术中的3D打印系统的3D打印方法，存在成型速率低、成型精度差、产品性能不能满足高精尖应用需求的问题。

为解决上述问题，本发明提供一种3D打印系统，包括材料单元货架、材料处理单元、材料搬运和连接单元、产品成型单元以及工控机单元，所述材料单元货架、材料处理单元、材料搬运和连接单元、产品成型单元以及工控机单元之间电连接，其中，所述材料单元货架中的材料单元是预制材料单元。

优选地，所述预制材料单元具有可控立体结构。

优选地，所述可控立体结构是球体、正方体、长方体、三角形体、圆柱体或瓦形体中的至少一种。

优选地，所述预制材料单元的空间尺寸范围是0.1mm至1mm。

优选地，所述预制材料单元使用的材料是单一材料或复合材料中的至少一种。

优选地，所述预制材料单元由单一立体结构、单一空间尺寸、单一材料组成。

优选地，所述预制材料单元由不同立体结构、不同空间尺寸、不同材料组成。

为解决上述问题，本发明还提供一种使用所述的3D打印系统进行的3D打印方法，所述方法包括以下步骤：

第一步：对待打印的产品进行数字建模，基于预制材料单元进行离散切割；