具体实施方式

根据本发明，该设备1(3D打印机)被设计用于通过增材生产方法制造3D产品。在具体实施方式之一中，3D打印机包括布置在本体(图2)内的以下元件：用于供给热塑性材料的打印头2，相同的打印头被构造成沿X轴方向和/或沿Y轴移动(包括在XY平面内移动的可能性)。设备1包括用于材料进料的两个电机3，同样的电机也被安装在打印头2上。该装置还包括用于移动打印头2的两个电机4和5，以及一个用于沿X轴移动打印头2的导轨6，和用于沿着Y轴移动打印头2的两个导轨7和8(图2和3)。导轨7和8布置在导轨6上的打印头2的相对侧(图3)。

所述装置1包括接收表面10，用于接收(缠绕、涂覆)从打印头2供应的材料(图2-11)。在一实施例中，接收表面10被配置为圆柱形。作为接收表面10，在一实施例中，所述接收表面为杆。

接收表面布置在单元9内，用于容纳接收表面10(图2-5)。单元9分别配置为第一和第二连接的结构元件12和11，并配置有z轴转移设备13，同一轴垂直于X-Y面。接收表面10设置在第一结构元件12上，可以围绕z轴旋转，并且可以拆卸，例如，当被放置在抓取设备19内时，该抓取设备可以配置为夹头关闭机构。也就是说，元件12可以配置成一个摇摆件(swing)，而转移设备13可以配置成一个托架(carriage)。单元9包括电机14和用于沿Z轴移动所述电机14的两个导轨15和16。

第二结构元件11固定在转移设备13上并且可移动地连接到第一结构元件12(图4和5)。

第一结构元件12配置成在第二结构元件11上设置的电机17的帮助下绕x轴旋转。

接收表面10被配置为在电机18的帮助下绕z轴旋转。

第二结构元件11包括皮带轮22，通过环形皮带23与电机17连接。第一结构元件12包括皮带轮24，通过环形皮带25连接到电机18(图4、5)。

所要求保护的3D打印机包括线圈20与消耗性热塑性材料。也就是说，带消耗性材料的线圈20可以布置在打印机设备1本体的内外(图2)。

所述3D打印机包括用于加热设备1的工作区域(图3)的加热单元21和用于控制打印头2运动的控制器29。

获得的产品强度增加和无需额外处理的优势来自于所述的设备，打印头2沿x轴和y轴的运动和接收面10的容纳单元9沿z轴的运动，允许打印出的产品核心与产品轮廓的形状重复；由于绕x轴旋转，保证了从产品核心打印到产品本体打印的自动转移；由于打印头2沿y轴移动，单元9沿z轴移动，以及接收表面10绕z轴旋转，确保了产品的弯曲层印刷，无需额外加工即可生产出坚固的产品。

获得的产品强度增加和无需额外处理的优势来自所要求保护的3D物体增材生产方法利用产品核心的多级打印方法，产品核心不凸出产品本体，并且重复其形状，因此实现了所得产品强度和不需要额外加工的优势。并且通过弯曲层中进行产品本体的打印从而增加产品强度。

所述方法通过下列方式实现(框图如图12所示)。

在开始打印之前，使用图形软件(如Kompas 3D、Autodesk Inventor、AutodeskFusion 360、SolidWorks、Blender、3ds Max、谷歌SketchUp)在个人电脑上生成被打印物体的数字3D模型，3D模型的尺寸与打印机参数对应；将模型划分为各组成部分，各组成部分(parts)按层划分为平面层和弯曲层，并准备构造数据。

此后，形成的模型加载到打印准备软件，该软件将模型分割提供给组成部分(产品核心和产品本体)，用分层的方式将这些部分分离成平面层和弯曲层，分别(在该过程中，作为与产品模型交叉的表面(例如，圆柱形表面)的结果，形成一个层，其中每个后续层与前一个层厚度不同(对于旋转表面，这是移动线与旋转轴之间的距离，用于过渡表面，这是沿构造矢量的偏移))，并且用于制备和生成构造数据(运动序列代码)，之后将构造数据发送到控制单元。进一步地，调整产品相对于打印机接收表面10的位置，选择相交面类型。相交面可以是任何运动表面(规则的、非规则的、旋转、环形、螺旋等)，在此之后，在程序中配置了常规打印设置：打印头2移动速度，工件冷却温度(通过控制产品冷却风扇的操作模式)，消耗材料特性等，对于每种材料，选择用于熔化打印头2中的塑料的相应加热器温度，以及用于打印产品的工作室加热温度。

此外，产品部分(产品核心28和产品本体30)和辅助结构(基体的第一部分26，基体的第二部分27和支撑附件)打印的必要参数和条件也会在程序中定义。

对于产品核心28的尺寸(取决于所选择的横截面)，平面打印层厚度，连续外壳厚度，核心由材料填充的的内部填充物的密度(从0(用于中空产品的生产)至100％)和填充图案参数都会确定。该软件将核心28的形状定义为产品“和选定的横截面表面”相交的结果。也就是说，如果选择的横截面表面是一个旋转表面(例如，一个圆柱形的)，核心28的侧表面(lateral surface)就对应了选择横截面表面与指定的核心尺寸(从旋转轴到移动线的距离)。所述核心28的下基部对应于所述核心28的侧表面所定义的下产品表面，所述核心28的上基部对应于所述核心28的侧表面所定义的上产品表面。

对于产品本体30，规定了弯曲打印层厚度、连续外壳厚度、由材料填充的内部填充物密度(从0(空心产品生产)到100％)、填充图案参数和支撑附件构造的必要性。

对于基片的第一和第二部分26和27，调节填充图案参数。该软件根据核心28尺寸自动生成基体第一部分26和第二部分27的尺寸。基体26的第一部分设计用于将产品保持在接收表面10上。基体的第二部分27被设计为产品核心28初始构造平面。

对于支撑附件，指定了密度和填充模板参数。配套的附件可以使用相同的打印头喷嘴用与产品相同的材料建造。支撑附件可以用第二喷嘴用另一种材料建造。在此过程中，软件(生成支撑附件时)可相对于打印产品自动生成一个空隙(clearance)，以确保其容易地从成品表面上移除。

此外，该软件会准备以计算机命令语言表示的构造数据，例如g代码。对于每个平面和弯曲层，软件会先确定轮廓，然后根据用户选择的百分比值和填充图案填充层。遍历(traverse)整个模型后，建立支撑结构；然后将构造数据导出到准备好的文件中。

构造数据准备好后，与打印机建立连接。检查所有打印机机械单元的可操作性，以及安装的消耗性材料的可用性。之后，将准备好的任务通过网络接口或使用便携式存储设备加载。

完成所有准备工作后，就可以启动打印过程(图6)。控制器通过发送给电机3、4、5、14、17和18的信号控制打印头2的运动和单元9、z轴转移设备13的运行。打印过程启动后，打印机控制器将打印头2喷嘴和工作室加热到指定的温度水平，并提供材料，接着搜索并确定打印头2的x轴和y轴位置的零坐标和第一结构单元12、z轴转移设备13的零坐标，用于其在x轴的移动，然后在接收表面10上正确启动产品打印工艺。

使用单元9，将接收圆柱表面10放置到水平位置(圆柱表面轴位于平行于X-Y平面的平面上)-图6。z轴转移设备13将单元9提升到与表面10和打印头2喷嘴之间的层厚度相等的距离。控制器启动第一基体部分26的生产程序模块。在所述接收圆柱表面10上产生所述基体26的第一部分和所述接收面(10)的包络侧表面(envelope lateral surface)。所述基体第一部分26的基座可以突出到所述接收表面10的边界之外，并位于后者的对接端(图7)。

之后，控制器启动接收表面10的位置改变程序模块，并将信号发送到z轴转移设备13，迫使其(z轴转移设备13)下降，用以避免与打印头2碰撞,以及将信号发送到单元9，迫使其将表面10的位置改变为垂直的位置(杆的轴位于平行于XZ平面的平面中)-图8。随后，在基体的第一部分26(基于基体26的第一部分)上生产基体的第二部分27的生产程序模块启动。

然后，控制器在基体的第二部分27的表面上打印平面层的产品核心28(图9)。然后再次启动位置变换程序模块，单元9水平定位接收表面10(杆的轴定位在与X-Y面平行的平面上)。z轴转移设备13与单元9一起上升一定距离，距离等于核心28表面与打印头2喷嘴之间的层厚。

控制器启动支撑附件生产程序模块(如果特定产品需要)，然后启动产品本体30生产程序模块(图10、11)。通过将材料涂覆到弯曲层中的核心28上来制造产品本体30。

产品本体30和支撑附件都是在弯曲层中以分层的形式生产，以提高生产的产品强度(缠绕)。逐一地将下一层涂覆到先前的一个层，直到产品构造过程完成。

层可以具有一个或多个部分。每个部分包括一个或多个轮廓，插入件(insets)，表皮(skins)和填充区域。

层部分是没有触摸其他部分的层内的单独区域。

轮廓是模型和交点表面的不可打印的交点。

插入件构成产品形状的可打印轮廓壁。

表皮是可打印表面，填充100％，用以形成产品的形状。

填充区域是可打印表面，具有指定的填充度，形成产品的内部结构。

可以在打印准备程序中设置壁数量；可以指定0(不存在壁)或更大的值。对于填充功能，可以设置填充密度、填充角度、填充图案和填充重叠(填充线的起始和结束与内轮廓插入件的交叉程度(degree))等参数。

填充密度可以在打印准备程序中规定；可以指定从0(不存在填充)到高达100％(固体填充)的值。也就是说，填充密度取决于涂覆在轮廓内部的填充线的数量。

填充角度确定填充线和层表面坐标框架的坐标轴之间的角度。对于填充角度，可以指定0到90度的值。也就是说，填充角度值可以随层的不同而变化，在指定的角度(默认等于90度)下，将设置的填充角度值与转弯(turn)对应的值进行交替，以形成网状结构。默认情况下，接受的填充角度值等于45度。

该方法考虑了用于生产各种产品部分和辅助结构的弯曲和平面填充图案。所述弯曲填充图案用于生产所述基体的第一部分26、所述支撑结构和所述产品本体30。

该方法使用了弯曲填充图案的三个变体。“绕线”(spooling)式填充的特点是，唯一一条填充线构成所有填充，并且物料进料是连续的。“缠绕”式填充采用螺旋填充曲线。这些方法用于填充由旋转表面形成的层。该变体涉及沿表面进行的线，通常用于沿任何表面填充层。

弯曲填充图案设置填充线外观。默认情况下，填充线构成弯曲层表面上的一条线，从下产品表面到上产品表面。线的形状取决于填充图案，可以是弯曲的，曲折或任何其他的。

平面填充图案用于所述生产基体的第二部分27和产品核心28。所用的平面填充图案与在现有技术中已知的常规3D打印期间使用的平面填充图案相同。