雙打印頭的3d打印機(jī)的打印區(qū)域控制方法、打印方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種雙打印頭的3D打印機(jī)的打印區(qū)域控制方法、打印方法，其中所述打印區(qū)域控制方法包括：獲取工件的截面的形狀，并在所述截面中確定至少一個(gè)中間沖突區(qū)域和中間沖突區(qū)域外的非沖突子區(qū)域。上述技術(shù)方案提出了一種雙打印頭的3D打印機(jī)的打印區(qū)域控制方法、打印方法，能夠防止在打印時(shí)打印頭發(fā)生沖突，并能夠采用兩個(gè)打印頭同時(shí)進(jìn)行打印以提高打印效率。優(yōu)選的可以采用圓形的中間沖突區(qū)域并提出了圓心和半徑的計(jì)算方法，這樣可以最小化沖突區(qū)域而最大化非沖突區(qū)域，而最大化非沖突區(qū)域可以將同時(shí)打印的區(qū)域最大化從而將打印效率最大化。
【專利說(shuō)明】 雙打印頭的3D打印機(jī)的打印區(qū)域控制方法、打印方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及3D打印【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是指一種多打印頭3D打印機(jī)打印區(qū)域控制方法、打印方法。
【背景技術(shù)】
[0002]3D打印是新型的成型技術(shù)，其中填料堆積型打印技術(shù)是最常用的3D打印技術(shù)?，F(xiàn)有技術(shù)中的3D打印機(jī)的結(jié)構(gòu)一般都分為上下兩層，上層為打印頭及XY傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，下層為載物平臺(tái)。其中上層的XY傳動(dòng)結(jié)構(gòu)包括能夠在X軸和Y軸所形成的平面能夠進(jìn)行移動(dòng)的打印頭，且下層設(shè)有載物平臺(tái)?，F(xiàn)有技術(shù)中的3D打印機(jī)的載物平臺(tái)可以沿Z軸方向上升或下降，從而按層打印3D工件。
[0003]在打印時(shí)，填料堆積型打印技術(shù)是利用加熱的打印頭融合填料，通過(guò)控制打印頭將熔融狀的填料堆疊在指定位置，從而將3D模型轉(zhuǎn)化成實(shí)體的3D工件。這種成型方式最大的優(yōu)點(diǎn)是:填料成本低、浪費(fèi)少、打印機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易于維修；但是缺點(diǎn)也很明顯:打印速度慢。以Makerbot的打印機(jī)為例，打印一個(gè)5厘米見(jiàn)方的完全填充方塊需要的時(shí)間大約是二十分鐘，打印體積更大或者結(jié)構(gòu)更復(fù)雜的工件常常需要幾個(gè)小時(shí)。現(xiàn)有技術(shù)中有一種3D打印機(jī)采用雙打印頭結(jié)構(gòu)，即采用兩個(gè)固定在一起的打印頭來(lái)進(jìn)行3D打印，且這兩個(gè)打印頭分別加載不同性質(zhì)的填充料，例如一個(gè)打印頭填充主料+支撐料而另一打印頭填充主色+裝飾色，以實(shí)現(xiàn)在模型的不同位置堆積不同的材料。由于這兩個(gè)打印頭是固定在一起的，因此其X軸和Y軸坐標(biāo)幾乎完全相同，且在任何時(shí)刻都只有一個(gè)打印頭在工作，因此其對(duì)打印效率的改進(jìn)極其有限。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種雙打印頭的3D打印機(jī)的打印區(qū)域控制方法、打印方法，能夠通過(guò)兩個(gè)打印頭同時(shí)協(xié)同工作打印工件的截面以提高打印速度。
[0005]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明實(shí)施例提出了一種雙打印頭的3D打印機(jī)的打印區(qū)域控制方法，包括:
[0006]獲取工件的截面的形狀，并在所述截面中確定一個(gè)圓形的中間沖突區(qū)域，以及中間沖突區(qū)域外的非沖突子區(qū)域。
[0007]其中，所述方法具體為:
[0008]獲取工件的截面的形狀；確定兩個(gè)打印頭之間的最小間距為δ ；
[0009]將所述工件的截面的形狀分割為N個(gè)非沖突區(qū)域和一個(gè)中間沖突區(qū)域，所述中間沖突區(qū)域的半徑不小于.。
[0010]其中，所述的將所述工件的截面的形狀分割為N個(gè)非沖突區(qū)域具體為:將所述工件的截面的形狀對(duì)稱的分割為N個(gè)面積相等的非沖突區(qū)域。
[0011]其中，所述方法具體為:
[0012]獲取工件的截面的形狀；確定兩個(gè)打印頭之間的最小間距為δ ；
[0013]對(duì)稱的將所述工件的截面的形狀分割為N個(gè)非沖突區(qū)域和一個(gè)中間沖突區(qū)域，所述中間沖突區(qū)域的半徑不小于;I。
[0014]其中，所述對(duì)稱的將所述工件的截面的形狀分割為N個(gè)非沖突區(qū)域和一個(gè)中間沖突區(qū)域具體為:
[0015]做一條沿平行于操作臺(tái)X軸方向平分工件截面面積的直線Lx，做出一條沿平行于操作臺(tái)X軸方向平分工件截面面積的直線Ly，以形成四個(gè)面積相等的區(qū)域；以直線Lx與直線1^的交點(diǎn)O為圓心0，以半徑不小于Si = 形成圓形的中間沖突區(qū)域，且所述圓形的中間沖突區(qū)域的圓周與直線Lx、直線Ly則分別形成了四個(gè)非沖突子區(qū)域。
[0016]同時(shí)，為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明實(shí)施例還提出了一種雙打印頭的3D打印機(jī)的打印方法，包括:
[0017]利用前述任一種方法確定中間打印區(qū)域和非沖突子區(qū)域；
[0018]利用兩個(gè)打印頭同時(shí)打印相互之間不相鄰的非沖突子區(qū)域，利用其中一個(gè)打印頭對(duì)應(yīng)的打印中間沖突區(qū)域。
[0019]本發(fā)明的上述技術(shù)方案的有益效果如下:
[0020]上述技術(shù)方案提出了一種雙打印頭的3D打印機(jī)的打印區(qū)域控制方法、打印方法，能夠防止在打印時(shí)打印頭發(fā)生沖突，并能夠采用兩個(gè)打印頭同時(shí)進(jìn)行打印以提高打印效率。優(yōu)選的可以采用圓形的中間沖突區(qū)域，這樣可以最小化沖突區(qū)域而最大化非沖突區(qū)域，而最大化非沖突區(qū)域可以將同時(shí)打印的區(qū)域最大化從而將打印效率最大化。
【專利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0021]圖1具有多打印頭的3D打印機(jī)的打印頭之間的位置示意圖；
[0022]圖2為兩個(gè)打印頭之間的最小間距δ的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖3為劃分中間沖突區(qū)域和四個(gè)非沖突子區(qū)域的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]為使本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖及具體實(shí)例進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0025]現(xiàn)有技術(shù)中3D打印機(jī)的打印頭的運(yùn)動(dòng)軌跡是一個(gè)平面，因此如果想要設(shè)置多個(gè)相互獨(dú)立的打印頭就必須使這些打印頭相互之間的運(yùn)動(dòng)軌跡平面是不重疊的，例如如圖1所示的為3個(gè)打印頭的3D打印機(jī)。且必須使這些個(gè)打印頭的遠(yuǎn)端在一個(gè)平面上，這樣才可以由多個(gè)打印頭同時(shí)打印工件的一個(gè)打印面(也就是工件的一個(gè)橫截面)。而采用兩個(gè)打印頭的3D打印機(jī)的原理是一樣的，也會(huì)出現(xiàn)在工作過(guò)程中打印頭發(fā)生沖突的問(wèn)題。
[0026]因此，本發(fā)明實(shí)施例是將打印區(qū)域劃分為數(shù)個(gè)無(wú)沖突的區(qū)域，然后利用多個(gè)打印頭分別進(jìn)行打印，以防止打印頭之間發(fā)生沖突。而簡(jiǎn)單的將打印區(qū)域切割為L(zhǎng)個(gè)子打印區(qū)域后，在打印時(shí)很容易發(fā)生兩個(gè)打印頭同時(shí)打印相鄰的兩個(gè)子打印區(qū)域的問(wèn)題，這樣就會(huì)發(fā)生在相鄰兩個(gè)子打印區(qū)域的接縫處發(fā)生打印頭沖突。同時(shí)由于3D打印機(jī)所打印的工件的形狀不可能完全相同，因此現(xiàn)有技術(shù)中無(wú)法做到利用預(yù)先設(shè)置好的方法自動(dòng)生成無(wú)沖突的打印區(qū)域并控制打印機(jī)的多個(gè)打印頭協(xié)同一起打印。而如果分割打印區(qū)域的方法過(guò)于粗糙，則會(huì)造成對(duì)打印效率的提升幅度不大，這也是對(duì)昂貴的硬件資源的一種浪費(fèi)。
[0027]針對(duì)這種情況，本發(fā)明實(shí)施例提出了一種多打印頭3D打印機(jī)打印區(qū)域控制方法、打印方法，無(wú)需預(yù)先考慮打印工件的形狀就可以根據(jù)打印頭數(shù)量自動(dòng)分割成多個(gè)子打印區(qū)域，并控制多個(gè)打印頭自動(dòng)無(wú)沖突打印工件，并且能夠了使得多個(gè)打印頭能夠盡量均勻的分配工作以提高打印效率。
[0028]本發(fā)明實(shí)施例為此提出了一種雙打印頭的3D打印機(jī)的打印區(qū)域控制方法，包括:
[0029]獲取工件的截面的形狀，并在所述截面中確定圓形的中間沖突區(qū)域，以及中間沖突區(qū)域外的非沖突子區(qū)域。
[0030]為了最小化中間沖突區(qū)域，可以通過(guò)以下方式確定圓形的中間沖突區(qū)域的半徑，即所述方法具體為:
[0031]獲取工件的截面的形狀；確定兩個(gè)打印頭之間的最小間距為δ ；
[0032]將所述工件的截面的形狀分割為N個(gè)非沖突區(qū)域和一個(gè)中間沖突區(qū)域，所述中間沖突區(qū)域的半徑不小于漢=孓。
[0033]這種方法可以最小化中間沖突區(qū)域，使得能夠被同時(shí)打印的非沖突子區(qū)域最大化，以最大化打印效率。其中兩個(gè)打印頭之間的最小間距為I也就是如圖3所示的，當(dāng)兩個(gè)打印頭貼靠在一起時(shí)，這兩個(gè)打印頭的噴嘴之間的距離為δ。
[0034]為了進(jìn)一步提高打印效率，可以將所述工件的截面的形狀分割為N個(gè)面積相同的非沖突區(qū)域。這樣可以使得兩個(gè)打印頭在協(xié)同打印非沖突區(qū)域時(shí)效率同步完成以實(shí)現(xiàn)效率最大化。
[0035]其中，對(duì)于雙打印頭的3D打印機(jī)可以設(shè)置N個(gè)面積相同的非沖突區(qū)域，其中N =2η，η = 2，3，4........
[0036]下面以N = 4為例來(lái)具體說(shuō)明:
[0037]如圖3所示的，劃分中間沖突區(qū)域和非沖突區(qū)域的方法可以具體為:
[0038]獲取工件的截面的形狀；確定兩個(gè)打印頭之間的最小間距為δ ；
[0039]做一條沿平行于操作臺(tái)X軸方向平分工件截面面積的直線Lx，做出一條沿平行于操作臺(tái)X軸方向平分工件截面面積的直線Ly，以形成四個(gè)面積相等的區(qū)域；以直線Lx與直線Ly的交點(diǎn)O為圓心0，以半徑不小于& = 形成圓形的中間沖突區(qū)域；且所述圓形的中間沖突區(qū)域的圓周與直線Lx、直線Ly則分別形成了四個(gè)非沖突子區(qū)域。其中可以采用數(shù)值分析中的二分法或其他任何算法來(lái)來(lái)確定直線Lx、直線Ly，此為現(xiàn)有技術(shù)，在此不再贅述。
[0040]半徑為S" = ^形成圓形的中間沖突區(qū)域已經(jīng)能夠確保不發(fā)生沖突，當(dāng)然可以把圓形的中間沖突區(qū)域做大一些，本申請(qǐng)不對(duì)此做出限制，只需不小于半徑& = S即可。
[0041]同時(shí)，為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明實(shí)施例還提出了一種雙打印頭的3D打印機(jī)的打印方法，包括:
[0042]利用前述任一種方法確定中間打印區(qū)域和非沖突子區(qū)域；
[0043]利用兩個(gè)打印頭同時(shí)打印相互之間不相鄰的非沖突子區(qū)域，利用其中一個(gè)打印頭對(duì)應(yīng)的打印中間沖突區(qū)域。
[0044]具體的，為了使得打印頭移動(dòng)距離最小化以提高打印效率，可以利用兩個(gè)打印頭一起打印位置相對(duì)的兩個(gè)非沖突打印子區(qū)域，然后兩個(gè)打印頭向相同的方向移動(dòng)以打印相鄰的兩個(gè)非沖突打印子區(qū)域。
[0045]以如前所述的分成4個(gè)非沖突打印子區(qū)域的方法為例，則對(duì)應(yīng)的打印方法可以為:先打印左上和右下的兩個(gè)非沖突
[0046]設(shè)兩個(gè)打印頭之間的最小間距為δ ;也就是如圖3所示的，當(dāng)兩個(gè)打印頭貼靠在一起時(shí)，這兩個(gè)打印頭的噴嘴之間的距離為S。則該中間沖突區(qū)域的半徑8’為S’=鳧。
這樣可以確定出一個(gè)打印頭不發(fā)生沖突的最小區(qū)域，從而最大限度的提高可以被同時(shí)打印的非沖突子區(qū)域，提高打印效率。
[0047]而對(duì)于中間沖突區(qū)域四周的非沖突子區(qū)域可以任意劃分。基于同樣最大化打印效率的目的，則可以劃分為N個(gè)相同大小的區(qū)域作為非沖突子區(qū)域，N= 2M ;其中M為打印頭個(gè)數(shù)。這樣就將沖突區(qū)域四周等分為多個(gè)非沖突子區(qū)域，且采用多個(gè)打印頭分別同時(shí)打印這寫非沖突子區(qū)域，使得打印效率最大化。
[0048]當(dāng)然，上述方法中既可以先劃分中間沖突區(qū)域，也可以先劃分非沖突子區(qū)域
[0049]例如采用2個(gè)打印頭時(shí)，可以如圖3所示的，包括:
[0050]首先獲得當(dāng)前打印層的工件的截面的形狀；
[0051]然后通過(guò)數(shù)值分析的二分法，做出沿平行于操作臺(tái)X軸方向平分工件截面面積的直線Lx ;在通過(guò)數(shù)值分析的二分法，做出一條沿平行于操作臺(tái)X軸方向平分工件截面面積的直線Ly ;這樣就形成了四個(gè)面積相等的子區(qū)域；需要指出的是這四個(gè)子區(qū)域會(huì)在中間位置產(chǎn)生打印頭沖突，因此四個(gè)子區(qū)域不是非沖突子區(qū)域。
[0052]以直線Lx與直線Ly的交點(diǎn)O為圓心，以半徑做一個(gè)圓，即為圓形的中間沖突區(qū)域。而該圓形的中間沖突區(qū)域的圓周與直線Lx、直線Ly則分別形成了四個(gè)非沖突子區(qū)域。
[0053]這樣就形成一個(gè)中間沖突區(qū)域和四個(gè)非沖突子區(qū)域。
[0054]在打印時(shí)，可以先用一個(gè)打印頭打印圓形的中間沖突區(qū)域，然后再用2個(gè)打印頭一起打印四周的非沖突子區(qū)域；也可以反過(guò)來(lái)。在打印非沖突子區(qū)域時(shí)，先打印對(duì)角的兩個(gè)非沖突子區(qū)域，這樣就可以防止打印頭沖突。
[0055]需要說(shuō)明的是，如圖3所示的劃分為4個(gè)非沖突子區(qū)域只是舉例說(shuō)明，在實(shí)際使用時(shí)也可以劃分為大于2的任意多個(gè)非常沖突子區(qū)域。這是由于如果劃分為2個(gè)非沖突子區(qū)域，打印時(shí)還有可能在兩個(gè)非沖突子區(qū)域的接縫處發(fā)生沖突。而劃分為多個(gè)則不會(huì)發(fā)生沖突。當(dāng)然，本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員都可以理解劃分為2N(N> 2)是最高效的一種方式，這樣可以最大限度的保證多個(gè)打印頭同時(shí)打印而沒(méi)有閑置。采用4、6、8......個(gè)非沖突打印子區(qū)域時(shí)的方法與前面相同，在此不再贅述。
[0056]以上所述是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明所述原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種雙打印頭的3D打印機(jī)的打印區(qū)域控制方法，其特征在于，包括: 獲取工件的截面的形狀，并在所述截面中確定一個(gè)圓形的中間沖突區(qū)域，以及中間沖突區(qū)域外的非沖突子區(qū)域。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙打印頭的3D打印機(jī)的打印區(qū)域控制方法，其特征在于，所述方法具體為: 獲取工件的截面的形狀；確定兩個(gè)打印頭之間的最小間距為S ; 將所述工件的截面的形狀分割為N個(gè)非沖突區(qū)域和一個(gè)中間沖突區(qū)域，所述中間沖突區(qū)域的半徑不小于
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的雙打印頭的3D打印機(jī)的打印區(qū)域控制方法，其特征在于，所述的將所述工件的截面的形狀分割為N個(gè)非沖突區(qū)域具體為:將所述工件的截面的形狀分割為N個(gè)面積相同的非沖突區(qū)域。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的雙打印頭的3D打印機(jī)的打印區(qū)域控制方法，其特征在于，其中，所述方法具體為: 獲取工件的截面的形狀；確定兩個(gè)打印頭之間的最小間距為S ; 對(duì)稱的將所述工件的截面的形狀分割為N個(gè)非沖突區(qū)域和一個(gè)中間沖突區(qū)域，所述中間沖突區(qū)域的半徑不小于權(quán)=;^。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的雙打印頭的3D打印機(jī)的打印區(qū)域控制方法，其特征在于，所述對(duì)稱的將所述工件的截面的形狀分割為N個(gè)非沖突區(qū)域和一個(gè)中間沖突區(qū)域具體為: 做一條沿平行于操作臺(tái)X軸方向平分工件截面面積的直線Lx，做出一條沿平行于操作臺(tái)X軸方向平分工件截面面積的直線Ly，以形成四個(gè)面積相等的區(qū)域；以直線Lx與直線Ly的交點(diǎn)O為圓心O，以半徑不小于形成圓形的中間沖突區(qū)域；且所述圓形的中間沖突區(qū)域的圓周與直線Lx、直線Ly則分別形成了四個(gè)非沖突子區(qū)域。
6.一種雙打印頭的3D打印機(jī)的打印方法，其特征在于，包括: 利用如權(quán)利要求1-5任一種方法確定中間打印區(qū)域和非沖突子區(qū)域； 利用兩個(gè)打印頭同時(shí)打印相互之間不相鄰的非沖突子區(qū)域，利用其中一個(gè)打印頭對(duì)應(yīng)的打印中間沖突區(qū)域。
【文檔編號(hào)】B29C67/02GK104210107SQ201410445615
【公開(kāi)日】2014年12月17日 申請(qǐng)日期:2014年9月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月4日
【發(fā)明者】王躍宣 申請(qǐng)人:王躍宣