3d打印方法、打印机及储存介质
阅读说明：本技术 3d打印方法、打印机及储存介质 (3D printing method, printer and storage medium ) 是由 杜立强 周子翔 陆江波 于 2019-10-29 设计创作，主要内容包括：一种3D打印方法、打印机及储存介质,根据颗粒材料切片的二维图形数据,判断相邻层的颗粒材料切片二维图形所围成形状的面积之差是否等于设定差值；若是,则所述相邻层根据设定颗粒材料层厚铺设颗粒材料,接着根据相对应的喷墨切片的二维图形数据以及与设定喷墨切割层厚对应的喷墨量,完成所述相邻层的喷墨。得到的产品弱化或者虚化台阶纹路。(A3D printing method, a printer and a storage medium judge whether the difference of the areas of the shapes enclosed by the two-dimensional graphs of the granular material slices of adjacent layers is equal to a set difference value or not according to the two-dimensional graph data of the granular material slices; if so, paving the particle materials on the adjacent layer according to the set particle material layer thickness, and then completing ink jetting of the adjacent layer according to the corresponding two-dimensional graphic data of the ink jetting slice and the ink jetting amount corresponding to the set ink jetting cutting layer thickness. The obtained product weakens or blunts the step lines.)
技术领域
本发明涉及增材制造打印领域，尤其涉及一种3D打印方法、打印机及储存介质。
背景技术
增材制造(3DP)打印技术是喷头在软件系统的控制下，按照模型设定高度处的截面二维数据，选择性地在相应位置喷射粘结剂，最终构成层。如此铺设一层颗粒物质，铺平压实，再喷射一层粘接剂，如此循环，直至完成整个物体的粘结。在此过程中，在高度方向上出现曲面或弧面，由于受到粉末颗粒粒径大小及3DP打印机铺粉装置的综合影响，3DP铺粉的最小高度(层厚)是受到限制的。在切片软件处理模型时，是按照最小高度对软件进行切片处理，形成在固定高度下的二维数据。这样综合情况来看，打印的结果在高度方向上，就会出现类似“台阶”的纹路，使用具有“台阶”纹路的砂型进行浇铸，影响铸件的表面粗糙度，进而影响铸件的整体的质量，甚至出现不合格产品。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种3D打印方法、打印机及储存介质，本发明公开的一个方面解决的一个技术问题是弱化或者虚化台阶纹路，从而得到合格的产品。
本发明解决其技术问题所采用的一个技术方案是：
一种3D打印方法，使用切片软件以设定颗粒材料层厚切割模型，得到颗粒材料切片的二维图形数据；使用切片软件以设定喷墨层厚切割模型，得到喷墨切片的二维图形数据；所述设定喷墨层厚小于所述设定颗粒材料层厚，且所述设定颗粒材料层厚是所述设定喷墨层厚的整数倍；根据颗粒材料切片的二维图形数据，判断相邻层的颗粒材料切片二维图形所围成形状的面积之差是否等于设定差值；若是，则所述相邻层根据设定颗粒材料层厚铺设颗粒材料，接着根据相对应的喷墨切片的二维图形数据以及与设定喷墨切割层厚对应的喷墨量，完成所述相邻层的喷墨。
增材制造打印的时候，其实颗粒材料层厚越薄的话，打印出来的精度会越高，尤其是打印斜面或者圆弧等结构，因为层厚导致打印出来的产品有台阶状纹路，而砂芯中的台阶状纹路会影响后期铸件的表面光滑程度，从而达不到产品要求，或者需要后续表面处理，费时费力。而颗粒材料铺设的层厚是有一个最小值的，也就是在技术没有进一步发展的时候，设定颗粒材料层厚的最小值是一定的，没有办法再铺设更薄的颗粒材料，所以本方案就是在判断要打印模型斜面或者圆弧面等情况下的时候，也就是相邻层的颗粒材料切片二维图形所围成形状的面积之差等于设定差值的时候，根据相对应的喷墨切片的二维图形数据以及与设定喷墨切割层厚对应的喷墨量，完成所述相邻层的喷墨，这是因为喷墨量是可以减少的，从而以更薄的方式切割模型，即以设定喷墨层厚切割模型，这样的话，原来的一层设定颗粒材料层厚就被分割成了两个或者更多个设定喷墨层厚，也就是意味着改进后的方案边缘比之前突出了一部分，也就是台阶上又添加了许多小台阶，而且这一层边缘处的喷墨量会减少二分之一甚至更多，从而这一层设定颗粒材料层厚达到了边缘至中间的喷墨量为梯度递增的情况，也就是边缘的颗粒物之间粘粘力量就弱一些，层层递进至中部正常部位，这样在后期清理的时候，使用同样力度的清砂装置，外边缘的颗粒物就更容易被清理去除，层层递进，形成了新的层高间隔低的台阶，而且因为被分割成了更薄的切片，所以最终边沿虚化台阶的效果也是比较显著的，使得原来因为颗粒材料层厚导致的台阶层纹，现在显著虚化，被分割成了更多个小台阶，使得打印出来的斜面或者弧面的表面效果很好，更接近于光滑，铸件表面也没有之前显著的台阶状。
优选的，所述“根据颗粒材料切片的二维图形数据，判断相邻层的颗粒材料切片二维图形所围成形状的面积之差是否等于设定差值；若是，则所述相邻层根据设定颗粒材料层厚铺设颗粒材料，接着根据相对应的喷墨切片的二维图形数据以及与设定喷墨切割层厚对应的喷墨量，完成所述相邻层的喷墨”步骤具体为，根据颗粒材料切片的二维图形数据，判断相邻层的颗粒材料切片二维图形所围成形状的面积之差是否等于设定差值；若是，则根据所述模型和所述相邻层的颗粒材料切片二维图形在所述模型中的位置，判断所述模型在所述相邻的颗粒材料切片二维图形之间的外轮廓与水平面的夹角是否有小于或者等于70°的部分，若是，则所述相邻层根据设定颗粒材料层厚铺设颗粒材料，接着根据相对应的喷墨切片的二维图形数据以及与设定喷墨切割层厚对应的喷墨量，完成所述相邻层的喷墨
这种打印方法打印倾斜角度小于或者等于70°的斜面或者弧面的效果更显著一些，因为斜度越小，台阶越明显，倾斜角度更大的情况，斜面或者弧面就接近于垂直面，台阶与台阶之间的距离就更短，这样台阶就不显著，所以斜度小于70°的斜面或者弧面使用本方法打印出来的效果更显著。
优选的，当所述相邻的颗粒材料切片二维图形之间的外轮廓与水平面的夹角小于或者等于70°的部分是连续且沿外轮廓延伸长度大于设定长度时，判定所述模型在所述相邻的颗粒材料切片二维图形之间的外轮廓与水平面的夹角有小于或者等于70°的部分。
判断只有弧面或者斜面超过一定面积的情况下，使用本方案，效率和效果才比较显著，所以上述这种情况才优先选择本方案。
优选的，所述“判断相邻层的颗粒材料切片二维图形所围成形状的面积之差是否等于设定差值；若是，则所述相邻层根据设定颗粒材料层厚铺设颗粒材料，接着根据相对应的喷墨切片的二维图形数据以及与设定喷墨切割层厚对应的喷墨量，完成所述相邻层的喷墨”步骤具体为，根据相对应的喷墨切片的二维图形数据得到每层喷涂的二维图形，根据设定喷墨切割层厚得到设定颗粒材料层厚中喷墨切割层数N和每层对应的喷涂的喷墨量，最终得到一个颗粒材料层厚中需要喷墨的N个二维图形的叠加图和所述叠加图中各个部分的喷墨量，首先根据设定颗粒材料层厚铺设颗粒材料，然后一次喷墨完成该颗粒材料层厚的喷墨，如此重复完成所述相邻层的喷墨。
首先根据设定颗粒材料铺设颗粒材料，然后通过改变喷墨量的方式，使得该层不同地方渗入的墨水量不同，从而达到虚化层纹的目的，这种对于打印头以及喷墨软件要求较高，但是效率高，一次喷墨就完成。
优选的，所述“判断相邻层的颗粒材料切片二维图形所围成形状的面积之差是否等于设定差值；若是，则所述相邻层根据设定颗粒材料层厚铺设颗粒材料，接着根据相对应的喷墨切片的二维图形数据以及与设定喷墨切割层厚对应的喷墨量，完成所述相邻层的喷墨”步骤具体为，根据相对应的喷墨切片的二维图形数据得到每层喷涂的二维图形，根据设定喷墨切割层厚得到喷墨切割层数N和每层需要喷涂的喷墨量，首先根据设定颗粒材料层厚铺设颗粒材料，然后根据高度顺序逐次按照每层的二维图形喷墨N次，且每次喷涂该层对应的喷墨量，即一次铺设颗粒材料N次喷墨完成该颗粒层厚的喷墨，如此重复完成所述相邻层的喷墨。
对于普通打印头和喷墨软件，可以通过多次喷墨的方式达到预期的效果，效率虽然慢点，但是易于实现，使得该层不同地方渗入的墨水量不同，从而经过清砂处理的时候，达到虚化台阶的效果，最终效果很好。
优选的，单位面积设定颗粒材料层厚的喷墨量为L，且该设定颗粒材料层厚中喷墨切割层数是N，则该单位面积设定颗粒材料层厚中每个喷墨切割层的喷墨量为L/N。
喷墨量决定颗粒材料之间的黏合度，所以根据之前已经确定了的单位面积设定颗粒材料层厚的喷墨量推算喷墨切割层厚需要的喷墨量，这种方式经过试验，效果较好，所以优选推荐。
优选的，根据颗粒材料切片的二维图形数据，判断相邻层的颗粒材料切片二维图形所围成形状的面积之差是否等于设定差值；若否，则所述相邻层根据设定颗粒材料层厚铺设颗粒材料，接着根据相对应的颗粒材料切片的二维图形数据以及与设定颗粒材料层厚对应的喷墨量，完成所述相邻层的喷墨。
当相邻层的颗粒材料切片二维图形所围成形状的面积之差不等于设定差值，也就是不是打印部分不牵扯台阶状纹路，不需要虚化处理的时候，使用常规的打印方式打印，如此提高效率，加快打印速度。
一种打印机，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述方法的步骤。
一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述方法的步骤。
一种打印产品，使用上述方法或者打印机或者储存介质得到的打印产品。
由上述技术方案可知，本发明公开的一个方面带来的一个有益效果是，将厚度一定的设定颗粒材料层厚分隔成层厚更小的设定喷墨层厚，从而喷涂不同墨量，使得边缘处的喷墨量减少，层层递加至中部，这样颗粒材料之间的粘黏度不同，边缘处的强度低于中部的强度，然后在后期清砂处理的时候，同等清砂强度，能产生梯度的清砂效果，如此达到虚化台阶状纹路的效果，提高表面质量。
附图说明
附图1：是按照设定颗粒材料层厚切割模型的示意图。
附图2：是按照设定颗粒材料层厚切割模型和设定喷墨层厚切割模型合并后的示意图。
附图3：是将一个设定颗粒材料层厚按照设定喷墨层厚切割切割后各段喷墨量的示意图。
附图4：是根据本发明公开的一个实施例打印出来的弱化了的台阶纹路的产品和使用常规方式打印出来的有台阶纹路的对照；其中上层黄色的是使用本发明公开的一个实施例打印出来的产品，其中下层灰色的是使用常规打印方法打印出来的产品。
具体实施方式
结合本发明的附图，对发明实施例的一个技术方案做进一步的详细阐述。
传统的打印方式，参照附图1所示，可以看出来将模型按照使用切片软件以设定颗粒材料层厚切割模型，然后进行喷墨，得到的产品，有明显的台阶状痕迹。
而本方案的打印方式，参照附图2所示，所述相邻层根据设定颗粒材料层厚铺设颗粒材料，接着根据相对应的喷墨切片的二维图形数据以及与设定喷墨切割层厚对应的喷墨量，完成所述相邻层的喷墨。附图2中是将一层设定颗粒材料层厚细分成了四层设定喷墨切割层厚。这样得到的产品，台阶状纹路被虚化，表面更接近光滑。
参照附图3可以看出来，将一个设定颗粒材料层厚按照设定喷墨层厚切割切割后各段喷墨量是由边缘到中间递增的，这样就使得边缘墨滴渗入的量少，颗粒之间的粘粘也就没有那么强，如此层层递进，强度也随之递增，这样经过后期清砂，清砂难度也就是层层递进的，该斜面或者弧面就会得到比较光滑的表面。
具体参照一下实施例。
实施例1：
一种3D打印方法，使用切片软件以设定颗粒材料层厚切割模型，得到颗粒材料切片的二维图形数据；使用切片软件以设定喷墨层厚切割模型，得到喷墨切片的二维图形数据
其中，所述设定喷墨层厚小于所述设定颗粒材料层厚，且所述设定颗粒材料层厚是所述设定喷墨层厚的整数倍。
根据颗粒材料切片的二维图形数据，判断相邻层的颗粒材料切片二维图形所围成形状的面积之差是否等于设定差值。
若否，则所述相邻层根据设定颗粒材料层厚铺设颗粒材料，接着根据相对应的颗粒材料切片的二维图形数据以及与设定颗粒材料层厚对应的喷墨量，完成所述相邻层的喷墨。
具体的，根据相对应的喷墨切片的二维图形数据得到每层喷涂的二维图形，根据设定喷墨切割层厚得到设定颗粒材料层厚中喷墨切割层数N和每层对应的喷涂的喷墨量，最终得到一个颗粒材料层厚中需要喷墨的N个二维图形的叠加图和所述叠加图中各个部分的喷墨量，首先根据设定颗粒材料层厚铺设颗粒材料，然后一次喷墨完成该颗粒材料层厚的喷墨，如此重复完成所述相邻层的喷墨。
若是，则所述相邻层根据设定颗粒材料层厚铺设颗粒材料，接着根据相对应的喷墨切片的二维图形数据以及与设定喷墨切割层厚对应的喷墨量，完成所述相邻层的喷墨。
实施例2：
一种3D打印方法，使用切片软件以设定颗粒材料层厚切割模型，得到颗粒材料切片的二维图形数据；使用切片软件以设定喷墨层厚切割模型，得到喷墨切片的二维图形数据
其中，所述设定喷墨层厚小于所述设定颗粒材料层厚，且所述设定颗粒材料层厚是所述设定喷墨层厚的整数倍。
根据颗粒材料切片的二维图形数据，判断相邻层的颗粒材料切片二维图形所围成形状的面积之差是否等于设定差值。
若否，则所述相邻层根据设定颗粒材料层厚铺设颗粒材料，接着根据相对应的颗粒材料切片的二维图形数据以及与设定颗粒材料层厚对应的喷墨量，完成所述相邻层的喷墨。
具体的，根据相对应的喷墨切片的二维图形数据得到每层喷涂的二维图形，根据设定喷墨切割层厚得到喷墨切割层数N和每层需要喷涂的喷墨量，首先根据设定颗粒材料层厚铺设颗粒材料，然后根据高度顺序逐次按照每层的二维图形喷墨N次，且每次喷涂该层对应的喷墨量，即一次铺设颗粒材料N次喷墨完成该颗粒层厚的喷墨，如此重复完成所述相邻层的喷墨。
若是，则所述相邻层根据设定颗粒材料层厚铺设颗粒材料，接着根据相对应的喷墨切片的二维图形数据以及与设定喷墨切割层厚对应的喷墨量，完成所述相邻层的喷墨。
实施例3：
在上述实施例1或者实施例2的基础上，增加一个判断过程，具体是，根据颗粒材料切片的二维图形数据，判断相邻层的颗粒材料切片二维图形所围成形状的面积之差是否等于设定差值；若是，则根据所述模型和所述相邻层的颗粒材料切片二维图形在所述模型中的位置，判断所述模型在所述相邻的颗粒材料切片二维图形之间的外轮廓与水平面的夹角是否有小于或者等于70°的部分，若是，则所述相邻层根据设定颗粒材料层厚铺设颗粒材料，接着根据相对应的喷墨切片的二维图形数据以及与设定喷墨切割层厚对应的喷墨量，完成所述相邻层的喷墨。
优选的，当所述相邻的颗粒材料切片二维图形之间的外轮廓与水平面的夹角小于或者等于70°的部分是连续且沿外轮廓延伸长度大于设定长度时，判定所述模型在所述相邻的颗粒材料切片二维图形之间的外轮廓与水平面的夹角有小于或者等于70°的部分。
上述实施例1或者实施例2或者实施例3中，所述设定颗粒材料层厚一般是指常规铺设一层颗粒材料的层厚，特殊的层厚可变的打印方式中，所述设定颗粒材料层厚就是可变的，具体层厚与具体层厚相关。
所述设定喷墨层厚，是根据需要设定的喷墨层厚，在常规打印中设定喷墨层厚和设定颗粒材料层厚是一致的，在本方案中，设定喷墨层厚小于所述设定颗粒材料层厚，且所述设定颗粒材料层厚是所述设定喷墨层厚的整数倍。
所述设定差值，这个是要根据具体打印产品方案而确定的，这个设定差值可以区分相邻层是否会产生台阶纹路，能产生台阶纹路的相邻层的颗粒材料切片二维图形所围成形状的面积之差即为设定差值，不能产生台阶纹路的相邻层的颗粒材料切片二维图形所围成形状的面积之差即不在设定差值范围之内，以此判断是否需要使用本发明所述方案打印来消除台阶纹路。
常规打印会通过实验确定单位面积设定颗粒材料层厚的喷墨量L，也就是这个喷墨量打印出来的产品强度和硬度能达到要求，过多则不能达到所需要的强度和硬度，过多则造成溢出，影响打印精度。本方案中单位面积设定颗粒材料层厚的喷墨量L，且该设定颗粒材料层厚中喷墨切割层数是N，则该单位面积设定颗粒材料层厚中每个喷墨切割层的喷墨量为L/N。选择这个方式决定每个喷墨切割层的喷墨量。
实施例4：
一种打印机，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如实施例1或者2或者3中任意一项所述方法的步骤。
实施例5：
一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如实施例1或者2或者3中任意一项所述方法的步骤。
实施例6：
一种打印产品，使用上述实施例所述方法或者使用上述实施例所述打印机或者使用上述实施例所述计算机可读储存介质而得到的打印产品。
具体在现场进行打印工作的具体流程如下所述。
第一步：设定单层喷墨次数为N、设定切片厚度为T、设定单层最大喷墨量为I、设定相邻层喷墨面积差值为D。其中单层喷墨次数为N具体是指一个设定颗粒材料层厚是设定喷墨层厚的N倍，切片厚度为T具体是指设定喷墨层厚为T，设定单层最大喷墨量为I具体是指单位面积设定颗粒材料层厚的喷墨量为I，设定相邻层喷墨面积差值为D具体是指设定差值为D。
第二步：使用切片软件以层厚T切割模型，输出标准cli文件。将cli文件导入3DP打印机。
第三步：3DP打印机读取cli文件数据，解析每一层二维图形数据，按高度顺序，N张图片为一组，每组对应相应顺的打印层，组内同样按照高度顺数分为组内第0、1···N-1张图片，获得最大层数ML。
第四步：初始化打印系统，设置当前层为CL,并初始化CL等于0，开始进行打印。
第五步：工作箱下降高度为N*T，铺粉装置进行铺沙一次。
第六步：如果当前层CL不等于0，进入第七步；如果当前层CL等于0，进入第十三步。
第七步：取第CL层第N-1张轮廓线组成多边形，取第CL-1层第N-1张轮廓线组成多边形，两层多边形进行布尔运算求差值为DV。
第八步：比较差值DV与设定面积差D，如果DV的绝对值等于或小于D，进入第十三步；如果DV的绝对值大于D，进入第九步。
第九步：初始化喷墨次数Ni为0。
第十步：如果Ni小于N，进入第十一步；如果Ni大于等于N,进入第十四步。
第十一步：喷墨系统记载第CL的第Ni张图片，加载完成后，3DP打印机以喷墨量为I/N喷绘第CL层。
第十二步：喷墨次数Ni＝Ni+1，进入第十步。
第十三步：喷墨系统加载CL层第N-1张图片，加载完成后，3DP打印机以喷墨量为I喷绘该图形。
第十四步：如果当前层CL小于ML，进入第十五步；如果当前层CL大于等于ML，3DP打印机结束打印任务。
第十五步：CL＝CL+1，进入第五步。
根据某一产品具体数据，上述步骤具体为：
第一步：设定单层喷墨次数为4、设定切片厚度为0.07mm、设定单层最大喷墨量为80pL、设定相邻层喷墨面积差值为1000mm2。其中单层喷墨次数为4具体是指一个设定颗粒材料层厚是设定喷墨层厚的4倍，切片厚度为0.07mm具体是指设定喷墨层厚为0.07mm，设定单层最大喷墨量为80pL具体是指单位面积设定颗粒材料层厚的喷墨量为80pL，设定相邻层喷墨面积差值为1000mm2具体是指设定差值为1000mm2。
第二步：使用切片软件以层厚0.07切割模型，输出标准cli文件。将cli文件导入3DP打印机。
第三步：3DP打印机读取cli文件数据，解析每一层二维图形数据，按高度顺序，N张图片为一组，每组对应相应顺的打印层，组内同样按照高度顺数分为组内第0、1、2、3张图片，获得最大层数1000。
第四步：初始化打印系统，初始化CL＝0，开始进行打印。
第五步：工作箱下降高度为4*0.07mm＝0.28mm，铺粉装置进行铺沙一次。
第六步：如果当前层CL不等于0，进入第七步；如果当前层CL为0，进入第十三步。
第七步：取第CL层第N-1张轮廓线组成多边形，取第CL-1层第N-1张轮廓线组成多边形，两层多边形进行布尔运算求差值为DV。
第八步：比较差值DV与设定面积差1000mm2，如果DV的绝对值等于或小于1000mm2，进入第十三步；如果DV的绝对值大于1000mm2，进入第九步。
第九步：初始化喷墨次数Ni为0。
第十步：如果Ni小于4，进入第十一步；如果Ni大于等于4,进入第十四步。
第十一步：喷墨系统记载第CL的第Ni张图片，加载完成后，3DP打印机以喷墨量为20pL喷绘第CL层。
第十二步：喷墨次数Ni＝Ni+1，进入第十步。
第十三步：喷墨系统加载CL层第3张图片，加载完成后，3DP打印机以喷墨量为80pL喷绘该图形。
第十四步：如果当前层CL小于1000，进入第十五步；如果当前层CL大于等于1000，3DP打印机结束打印任务。
第十五步：CL＝CL+1，进入第五步。
使用本发明公开的一个实施例打印不同斜面的产品，然后利用常规打印方法作为对照，结果参照附图4所示，图中上层一排黄色的是使用本发明公开的一个实施例打印出来的产品，下层一排灰色的是使用常规打印方法打印出来的产品，由左至右打印产品的斜面角度逐渐增大，可以看出，使用本方案即所述相邻层根据设定颗粒材料层厚铺设颗粒材料，接着根据相对应的喷墨切片的二维图形数据以及与设定喷墨切割层厚对应的喷墨量，完成所述相邻层的喷墨。打印出来的产品没有明显的台阶纹路，表面光滑度很好。
而是用常规方案即根据设定颗粒材料层厚铺设颗粒材料，接着根据相对应的颗粒材料切片的二维图形数据以及与设定颗粒材料层厚对应的喷墨量，完成喷墨，打印出来的产品会有明显的台阶纹路，而且斜度越小，台阶状越明显，表面可见的台阶纹路。
所以可以看出来，本方案显著优于现有技术，解决了现有打印斜面或者弧面产品台阶状纹路的问题，提高打印产片表面质量，优化产品。
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