CN115816826A - 混合多材料三维打印方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种混合多材料三维打印方法和系统。打印方法包括如下步骤：步骤S1：确定待打印多材料层中每种打印浆料的打印区域以及打印区域之外的盈余区域；步骤S2：在曝光平台上布置一种打印浆料；步骤S3：在曝光平台上曝光打印浆料的盈余区域；步骤S4：移除经曝光盈余区域、并在曝光平台上遗留待曝光打印区域；步骤S5：在曝光平台上曝光打印区域；以及步骤S6：转移经曝光打印区域；对于每种打印浆料执行步骤S2～S6，使得每种打印浆料对应的经曝光打印区域通过拼接形成已打印多材料层。本发明的混合多材料三维打印方法和系统可以在实现高效多材料打印的同时，显著降低废液污染，提高生产效率。

Description

混合多材料三维打印方法及系统

技术领域

本发明主要涉及三维打印领域，尤其涉及一种混合多材料三维打印方法及系统。

背景技术

三维打印技术日渐成熟，对于打印材料的需求也逐渐多样化。现有技术中针对多材料打印的方式提出了一些解决方案，例如针对干料采用激光烧结结合分别铺料等方式，但是针对浆料作为原材料的三维打印工艺，并没有很好的办法在每一层打印切片中实现不同区域的多材料结合，自动化程度较低。另外，为了在同一层切片中的不同区域布置预设形状和位置的原材料，会通过清洗等方式除去不需要的盈余打印浆料，从而产生大量的浆料废料，并且清洗需要消耗大量成本，产生废液废水，不利于环保。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种混合多材料三维打印方法及系统，可以在实现高效多材料打印的同时，显著降低废液污染，提高生产效率。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种混合多材料三维打印方法，适于打印三维打印模型，所述三维打印模型包括至少一层的多材料层，所述多材料层由至少两种打印浆料打印而成，包括如下步骤：步骤S1：确定待打印多材料层中每种打印浆料的打印区域以及所述打印区域之外的盈余区域；步骤S2：在曝光平台上布置一种打印浆料；步骤S3：在所述曝光平台上曝光所述打印浆料的盈余区域；步骤S4：移除经曝光盈余区域、并在所述曝光平台上遗留待曝光打印区域；步骤S5：在所述曝光平台上曝光所述打印区域；以及步骤S6：转移经曝光打印区域；其中，对于每种打印浆料执行所述步骤S2～S6，使得每种打印浆料对应的经曝光打印区域通过拼接形成已打印多材料层。

在本发明的一实施例中，还包括在执行所述步骤S2之前，根据所述多材料层的特征参数确定每一种浆料的所述打印区域和所述盈余区域的大小。

在本发明的一实施例中，所述步骤S3包括将移除平台压覆在所述曝光平台的一表面、并控制光源通过所述曝光平台的另一表面对所述盈余区域中的打印浆料进行曝光。

在本发明的一实施例中，所述步骤S4包括移走所述移除平台，使经曝光盈余区域随所述移除平台脱离所述曝光平台。

在本发明的一实施例中，所述步骤S4还包括使所述经曝光盈余区域脱离所述移除平台。

在本发明的一实施例中，所述步骤S5包括将打印平台压覆在所述曝光平台的一表面，并控制光源通过所述曝光平台的另一表面对所述打印区域中的打印浆料进行曝光。

在本发明的一实施例中，所述步骤S6还包括转移所述打印平台，使所述经曝光打印区域随所述打印平台脱离所述曝光平台。

在本发明的一实施例中，还包括将每种打印浆料的经曝光打印区域保留在所述打印平台的不同区域，使得每种打印浆料对应的经曝光打印区域通过拼接形成所述已打印多材料层。

在本发明的一实施例中，所述曝光平台包括离型膜。

在本发明的一实施例中，还包括控制所述离型膜单向或双向卷动，从而在打印过程中不断提供可用于曝光所述盈余区域和/或所述打印区域的清洁离型膜。

在本发明的一实施例中，还包括在对于任一种打印浆料执行所述步骤S2～S6后清理、卷动和/或换用离型膜。

本发明的另一方面还提出了一种混合多材料三维打印系统，适于打印三维打印模型，所述三维打印模型包括至少一层的多材料层，所述多材料层由至少两种打印浆料打印而成，所述系统包括：曝光平台，具有相对的第一表面和第二表面，所述第一表面适于承载待曝光的打印浆料；打印浆料供给机构，布置在所述曝光平台的一侧，以在所述曝光平台上布置打印浆料；曝光系统，与所述曝光平台的第二表面相对布置，所述曝光系统用于选择性地曝光所述打印浆料的打印区域和所述打印区域之外的盈余区域；移除平台，布置在所述曝光平台附近；移除平台驱动机构，连接所述移除平台，所述移除平台运动机构适于带动所述移除平台在压覆所述第一表面的第一位置和离开所述曝光平台的第二位置间移动，以移除经曝光盈余区域；打印平台，布置在所述曝光平台附近；打印平台运动机构，连接所述打印平台，所述打印平台运动机构适于带动所述打印平台在压覆所述第一表面的第三位置和离开所述曝光平台的第四位置间移动，以转移经曝光打印区域；上位机，电性连接所述曝光平台、所述曝光系统、所述打印浆料供给机构、所述移除平台驱动机构和所述打印平台运动机构，所述上位机配置为：确定待打印的多材料层中每种打印浆料的所述打印区域以及所述打印区域之外的盈余区域；控制所述曝光平台、所述曝光系统、所述打印浆料供给机构、所述移除平台驱动机构和所述打印平台运动机构的操作，以在所述打印平台上依次获得每种打印浆料的经曝光打印区域。

在本发明的一实施例中，所述上位机还配置循环执行如下操作以在所述打印平台上依次获得每种打印浆料的经曝光打印区域：控制所述打印浆料供给机构在所述曝光平台上布置一种打印浆料；控制所述移除平台驱动机构将所述移除平台移动到所述第一位置；控制所述曝光系统曝光所述打印浆料的盈余区域，所述经曝光盈余区域粘附在所述移除平台上；控制所述移除平台驱动机构将所述移除平台移动到所述第二位置以移除所述经曝光盈余区域；控制所述打印平台驱动机构将所述打印平台移动到所述第三位置；控制所述曝光系统曝光所述曝光平台上遗留的打印区域，所述经曝光打印区域粘附在所述打印平台上；以及控制所述打印平台驱动机构将所述打印平台移动到所述第四位置；其中，每种打印浆料对应的经曝光打印区域在所述打印平台上拼接形成已打印多材料层。

在本发明的一实施例中，所述移除平台还附着有清扫装置，所述清扫装置适于在所述移除平台脱离所述曝光平台后移除所述移除平台上的经曝光盈余区域。

在本发明的一实施例中，所述曝光平台包括离型膜。

在本发明的一实施例中，还包括透光的限位部，所述限位部位于所述曝光平台的下方，所述限位部适于在所述移除平台压覆在所述第一位置或所述打印平台压覆在所述第三位置时支撑所述曝光平台。

在本发明的一实施例中，还包括自动换膜装置，所述离型膜位于所述自动换膜装置中，所述自动换膜装置包括相对的至少两个卷轮，所述卷轮适于带动所述离型膜沿单方向和/或双向移动，从而在打印过程中不断提供可用于曝光所述盈余区域和/或所述打印区域的清洁离型膜。

在本发明的一实施例中，所述卷轮适于带动所述离型膜沿双向移动，所述自动换膜装置还包括离型膜清扫刷，所述离型膜清扫刷用于清扫所述离型膜的表面从而使得同一段离型膜适于在清扫后重复使用。

在本发明的一实施例中，所述打印浆料供给机构包括多组浆料输入管，每组浆料输入管包括多条浆料输入管，且每组浆料输入管中的多条浆料输入管对应装载同一种打印浆料。

在本发明的一实施例中，所述打印浆料供给机构还包括铺料刮刀，所述铺料刮刀适于沿水平和/或竖直方向移动。

本发明的另一方面还提出了一种混合多材料三维打印方法系统，包括：存储器，用于存储可由处理器执行的指令；以及处理器，用于执行所述指令以实现上述的混合多材料三维打印方法。

本发明还提出了一种存储有计算机程序代码的计算机可读介质，所述计算机程序代码在由处理器执行时实现上述的混合多材料三维打印方法。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明提出的多材料打印方案，采用面阵曝光方式，大面积、大体积的打印速度较快，可以高效实现多材料打印，并且单层内不限制材料数量、层间也可以使用不同材料；由于不需要的部分采用曝光固化后直接移除的方式，不存在清洗过程，不产生废液和液体污染；优选地，还可以应用往复循环运动的离型膜，可以进一步增强设备的自动化程度，降低生产成本，提高生产效率。

附图说明

包括附图是为提供对本申请进一步的理解，它们被收录并构成本申请的一部分，附图示出了本申请的实施例，并与本说明书一起起到解释本发明原理的作用。附图中：

图1a、图1b和图1c是本发明一实施例的一种混合多材料三维打印系统的结构示意图；

图2a和图2b是本发明一实施例的一种混合多材料三维打印系统中曝光平台的示意图；

图3是本发明一实施例的一种混合多材料三维打印方法的流程示意图；

图4a和图4b是本发明一实施例的一种混合多材料三维打印方法中关于盈余区域和打印区域的示意图；

图4c是本发明另外一实施例的一种混合多材料三维打印方法的原理示意图；以及

图5是本发明另外一实施的一种混合多材料三维打印系统的系统框图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本申请的实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些示例或实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图将本申请应用于其他类似情景。除非从语言环境中显而易见或另做说明，图中相同标号代表相同结构或操作。

如本申请和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其他的步骤或元素。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本申请的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本申请的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。此外，尽管本申请中所使用的术语是从公知公用的术语中选择的，但是本申请说明书中所提及的一些术语可能是申请人按他或她的判断来选择的，其详细含义在本文的描述的相关部分中说明。此外，要求不仅仅通过所使用的实际术语，而是还要通过每个术语所蕴含的意义来理解本申请。

应当理解，当一个部件被称为“在另一个部件上”、“连接到另一个部件”、“耦合于另一个部件”或“接触另一个部件”时，它可以直接在该另一个部件之上、连接于或耦合于、或接触该另一个部件，或者可以存在插入部件。相比之下，当一个部件被称为“直接在另一个部件上”、“直接连接于”、“直接耦合于”或“直接接触”另一个部件时，不存在插入部件。同样的，当第一个部件被称为“电接触”或“电耦合于”第二个部件，在该第一部件和该第二部件之间存在允许电流流动的电路径。该电路径可以包括电容器、耦合的电感器和/或允许电流流动的其它部件，甚至在导电部件之间没有直接接触。

本发明的一实施例提出了一种如图3所示的混合多材料三维打印方法30(以下简称“打印方法30”)。打印方法30适于打印三维打印模型，三维打印模型包括至少一层的多材料层，多材料层由至少两种打印浆料打印而成。为了更好的说明打印方法30，先参照图1a～图2b说明打印方法30所基于的本发明提出的一种混合多材料三维打印系统10(以下简称“打印系统10”)的结构。

根据图1a，打印系统10包括曝光平台11、移除平台12、移除平台运动机构13、打印平台14、打印平台运动机构15、打印浆料供给机构16、曝光系统17以及上位机(图1a中未示)。具体的，曝光平台11具有相对的第一表面1101和第二表面1102，其中，该第一表面1101适于承载待曝光的打印浆料，而曝光平台17与该第二表面1102相对布置。移除平台12布置在曝光平台11的附近，适于粘附每一种打印浆料对应的经曝光盈余区域。移除平台运动机构13连接移除平台12，移除平台运动机构13适于带动移除平台12做水平旋转运动以及竖直方向的直线运动。在本实施例中，移除平台运动机构13具体实施为第一运动机构131和第二运动机构132。第一运动机构131可以控制移除平台12在竖直方向上进行上下的运动，而第二运动机构132控制移除平台12在水平方向做旋转运动。通过第一运动机构131和第二运动机构132的配合，可以使得移除平台12适时地运动至压覆在曝光平台11上的待曝光区域并在曝光后远离曝光平台11。

相似的，打印平台14也布置在曝光平台11的附近，打印平台14适于粘附每一种打印浆料对应的经曝光打印区域。打印平台运动机构15连接打印平台14，打印平台运动机构15适于带动打印平台14做水平旋转运动和/或竖直方向的直线运动。在本实施例中，打印平台运动机构15具体实施为第三运动机构151和第四运动机构152，第三运动机构151可以控制打印平台14在竖直方向上进行上下的运动，而第四运动机构152控制打印平台14在水平方向做旋转运动。通过第三运动机构151和第四运动机构152的配合，可以使得打印平台14适时地运动至压覆在曝光平台11上的待曝光区域并在曝光后远离曝光平台11。

在实际应用过程中，在打印每一种打印浆料时，打印平台14和移除平台12会分别在压覆曝光平台11的第一表面1101和离开曝光平台11的状态之间交替切换。具体可以参照图1b和图1c所示，其中图1b示出了移除平台12压覆在曝光平台11的第一表面1101的第一位置、以及打印平台14离开曝光平台11的第四位置的状态示意图，图1b示出的工作状态可以用于盈余区域的曝光以及移除经曝光盈余区域；而图1c示出了打印平台14压覆在曝光平台11的第一表面1101的第三位置、以及移除平台12离开曝光平台11的第二位置的状态示意图，图1c示出的状态可以用于打印区域的曝光以及在之后转移经曝光打印区域。

在如图1a所示的打印系统10中还包括图1a中未示出的上位机。该上位机电性连接曝光平台11、曝光系统17、打印平台14和移除平台12。上位机具体配置为确定待打印的多材料层中每种打印浆料的打印区域以及打印区域之外的盈余区域，并控制曝光平台11、曝光系统17、打印浆料供给机构16、移除平台驱动机构13和打印平台运动机构15的操作，以最终在打印平台14上依次获得每种打印浆料的经曝光打印区域。

具体来说，在本发明的多个实施例中，上位机还具有如下的配置，上位机可以循环执行如下操作以在打印平台14上依次获得每种打印浆料的经曝光打印区域：

控制打印浆料供给机构16在曝光平台11上布置一种打印浆料；

控制移除平台驱动机构13将移除平台12移动到如图1b所示的第一位置；

控制曝光系统17曝光打印浆料的盈余区域，经曝光盈余区域粘附在移除平台12上；

控制移除平台驱动机构13将移除平台12移动到如图1c所示的第二位置以移除经曝光盈余区域；

控制打印平台驱动机构15将打印平台14移动到如图1c所示的第三位置；

控制曝光系统17曝光在曝光平台11上移除了上述经曝光盈余区域后遗留的打印区域，经曝光打印区域粘附在打印平台14上；以及

控制打印平台驱动机构15将打印平台14移动到如图1b所示的第四位置，以使得移除平台12可以在曝光平台11上继续打印下一种打印浆料的盈余区域，而在对于每种打印浆料重复执行上述步骤后则可以在打印平台14上拼接形成已打印多材料层。

通过如图1a所示的打印系统10，在打印三维打印模型的多材料层时，针对该多材料层中的每一种打印浆料，均可以先曝光固化该种打印浆料所不需要的盈余区域并由移除平台12通过粘附的方式带离曝光平台11，再曝光固化需要的打印区域并由打印平台14通过粘附的方式暂时性地带离曝光平台11，并准备下一种打印浆料的打印。依次对于每一种打印浆料进行相同的操作后，在打印平台14上就会形成多材料拼接的多材料层。具体的打印方法将会参照图3做出进一步说明。

优选地，在如图1a所示的打印系统10中，移除平台12的一侧还附着有清扫装置121，清扫装置121适于在移除平台12脱离曝光平台11后去除移除平台12上的经曝光盈余区域。盈余区域在曝光后会由液态变化为固态，因此可以类比三维打印领域的脱料步骤将固化后的盈余区域通过清扫装置121方便的从移除平台12上去除，以便于移除平台12继续曝光下一种打印浆料的盈余区域。示例性的，清扫装置121可以具体实现为推铲等结构，本发明不对此做出限制。

在本实施例中优选地，曝光平台11由离型膜11构成。更加优选地，由于离型膜属于三维打印过程中的耗材，为了提升方案的自动化程度以及便于更换或清理离型膜，在打印系统10中，离型膜11位于自动换膜装置中。自动换膜装置包括相对的两个卷轮111，卷轮111适于带动离型膜11沿单方向a或b、或者沿双向a和b移动(在本实施例中，单方向a或b、以及双方向a和b均为水平方向)，从而在打印过程中不断提供可用于曝光盈余区域和/或打印区域的清洁离型膜11。具体来说，离型膜11通常以成卷的形式出现，在本实施例中，自动换膜装置还包括夹紧结构112和113，用于固定一段离型膜的两端。在图1a中未示出的还有未使用的离型膜以及已经使用过的离型膜，示例性的，未使用的离型膜可以位于夹紧结构112的一端、而已经使用过的离型膜可以位于夹紧结构113的一端，并分别提供收纳空间用于存放未使用和已经使用过的离型膜。

优选地，卷轮111能够带动离型膜11沿双向ab移动，自动换膜装置还包括离型膜清扫刷114，离型膜清扫刷114适于清扫离型膜11的表面从而使得同一段离型膜11在清扫后重复使用。示例性的，离型膜清扫刷114可以沿水平的ab方向往复运动，从而清扫离型膜11表面上的脏物或者曝光后的残留物等等，这样的方式可以尽可能的降低生产的成本，在离型膜无损坏的情况下通过离型膜清扫刷114适时的对离型膜11的表面进行清洁，由此可以重复多次的使用同一段离型膜。

当然的，在本发明的一些实施例中，也可以将离型膜的运动方向设定为单向的a或者b，例如设定离型膜的方向为单向的方向a，则在夹紧结构112的一端再配置收纳空间存放未使用的离型膜、并在夹紧结构113的一端再配置收纳空间存放已使用过的离型膜，在这样的设定下，可以不再配置离型膜清扫刷114，而设定单次曝光、固定次数曝光或当离型膜有破损时通过卷轮111直接带动离型膜11沿方向a移动，从而提供新的未使用过的离型膜11。根据实际生产的需要以及离型膜的质量情况和曝光情况等等，可以在将离型膜11配置为单方向或双向运动间自由选择。

另一方面，打印系统10还包括打印浆料供给机构16。图1a中已经清楚的示出打印浆料供给机构16布置在曝光平台11的一侧，其中具有多条浆料输入管160，在本实施例中优选地，多条浆料输入管160被分成了三组，更清楚的可以在图1a的基础上结合图2b所示，三组浆料输入管1601、1602和1603均各自包括多条浆料输入管160、并在离型膜11延伸方向上并排放置，其中，每组浆料输入管1601、1602和1603中的多条浆料输入管均对应装载同一种打印浆料。示例性的，在实际打印过程中，第一组浆料输入管1601中的多条浆料输入管160用于在离型膜11上布置第一种打印浆料，以此类推。

在实际铺料时，可以通过使卷轮111启动从而带动离型膜11在方向a和/或方向b移动，从而与各组中的浆料输入管160之间发生相对运动，完成铺料。优选地，为了更好的完成铺料的过程，打印浆料供给机构16还包括铺料刮刀161，铺料刮刀161适于沿水平或者竖直方向移动，从而在曝光平台11上完善打印浆料的布置。示例性的，对于任意一段确定的离型膜，在布置打印浆料时，该段离型膜位于打印浆料供给机构16所在位置，完成铺料后，可以通过卷轮111控制离型膜在水平方向上移动，以移动至移除平台12所在位置，呈现图1b所示的位置关系；而在打印完毕盈余区域后，再继续打印上述打印区域时，该段离型膜可以保持不动；当该种打印浆料全部打印完成时，该段离型膜可以通过卷轮111的控制直接向存储已使用过的离型膜一侧继续进行移动做最终废料处理、也可以再回退至打印浆料供给机构16所在位置，在清洁表面后继续在该段离型膜上布置下一种打印浆料。

特别的，由于铺料刮刀161可以在竖直方向上移动，当打印任一多材料层时如果对于该层的厚度有特殊的要求，可以通过在竖直方向上移动铺料刮刀161从而实现不同的层厚。另外，当需要更换、卷动或者清扫离型膜11时，特别是离型膜11的表面有较大的障碍物(如颗粒或者残留的打印浆料等)也或许需要铺料刮刀161在竖直方向上移动，从而避免与离型膜11表面上的障碍物发生接触以阻碍离型膜11在方向a和/或方向b的移动。虽然铺料刮刀161与上述的离型膜清扫刷114具有相似的结构和运动机制，但是二者实现了不同的功能。

需要补充说明的是，在图1a所示的实施例中，曝光系统17位于曝光平台11的下方，并会从下方曝光固化位于曝光平台11上的打印浆料，曝光系统17可以选择性地曝光打印浆料的打印区域和所述打印区域之外的盈余区域。为了更清楚的说明，图2a示出了曝光平台11(具体实现为离型膜11以及离型膜11所位于的自动换膜装置，包括卷轮111、夹紧结构112和113)的独立的示意图。优选地，在本实施例中还可以在离型膜11的下方配置透光的限位部115，限位部115适于在移除平台12或打印平台14压覆在曝光平台11时支撑曝光平台11。示例性的，限位部115可以具体实施为玻璃等材料。当曝光平台11具体实现为离型膜11时，限位部115的作用更为重要和明显。

下面结合图3，介绍本发明提出的一种混合多材料三维打印方法30。本申请中图3使用了流程图用来说明根据本申请的实施例的系统所执行的操作。应当理解的是，前面或下面操作不一定按照顺序来精确地执行。相反，可以按照倒序或同时处理各种步骤。同时，或将其他操作添加到这些过程中，或从这些过程移除某一步或数步操作。

根据图3，打印方法30具体包括如下步骤：

步骤S1：确定待打印多材料层中每种打印浆料的打印区域以及打印区域之外的盈余区域；

步骤S2：在曝光平台上布置一种打印浆料；

步骤S3：在曝光平台上曝光打印浆料的盈余区域；

步骤S4：移除经曝光盈余区域、并在曝光平台上遗留待曝光打印区域；

步骤S5：在曝光平台上曝光打印区域；以及

步骤S6：转移经曝光打印区域。

在图3所示的实施例中，还示出了判断步骤S7，判断此次打印的打印浆料是否为本层中的最后一种打印浆料，若判断结果为是则可以结束本层的打印，获得已打印多材料层；若判断结果为否则继续打印本层的下一种打印浆料。但是本发明也不以图3示出的示例为限，在本发明的其他实施例中，对于每一层将要打印的打印浆料的种类数量可以提前做好计划，只要通过适当的控制方式对于每种打印浆料均执行如图3所示的步骤S2～S6，则均属于本发明的精神和范围。

如上所述，图3示出的打印方法30可以通过如图1a所示的打印系统10实现，当然，打印方法30也可以依托在打印系统10的基础上各变型或优选的实施例具体实现。下面会以图1a～图2b示出的打印系统10为例，详细说明打印方法30的各步骤以及其他变型的技术特征。

首先，步骤S1为确定待打印的多材料层中每种打印浆料的打印区域以及打印区域之外的盈余区域。为了更好的说明打印区域和盈余区域，下面通过图4a和图4b并结合图1a～图2b进行示例性的说明。首先参考图2a，在图2a中示出了离型膜11上的与限位部115所在位置对应的待曝光区域110，本发明所述的盈余区域和打印区域均会在该待曝光区域110中进行曝光。再结合图4a和图4b，在待曝光区域110中，首先通过打印浆料供给机构16在打印区域110中布置任一种打印浆料，并在该待曝光区域110中确定打印区域41和盈余区域42，打印区域41意味着在该层多材料层中所需要的区域、而盈余区域42则意味着在该多材料层中所不需要的区域。

进一步优选地，为了节约成本，在本发明的一些实施例中，打印方法还包括在执行步骤S2之前，根据多材料层的特征参数，例如是该多材料层的尺寸大小、所需要的打印浆料的种类个数以及每一种打印浆料所要打印的区域的大小等，判断每一种浆料在曝光平台上布置区域的大小，该布置区域的大小包括打印区域的大小和盈余区域的大小。参照图2a，根据图4a所示的其中一种打印浆料所要打印的打印区域和盈余区域的大小，在其中预设了可以刚好满足该种打印浆料尺寸大小的矩形待曝光区域110，从而尽可能的减少浪费，进一步优化三维打印过程中的成本控制。

优选地，采用如图1a所示的打印系统10，步骤S3可以进一步包括将移除平台12压覆在曝光平台11的一表面(参照图1a可以理解为曝光平台11的第一表面1101)、并控制光源(在本实施例中为曝光系统17)通过曝光平台11的另一表面(参照图1a可以理解为曝光平台11的第二表面1102)对盈余区域42中的打印浆料进行曝光。

在这样的实施例中，进一步的，步骤S4具体包括移走移除平台12、从而使经曝光盈余区域随着移除平台12的移动而脱离曝光平台11。由于在曝光前已将移除平台12压覆在曝光平台11上，因此，在曝光平台11上对于盈余区域42曝光后，曝光后的部分会直接粘附在移除平台12上(按照图1a所示的位置关系，会粘附在移除平台12的下面带有清扫装置121的一侧)，并随着移除平台12的移动带离曝光平台11。同时，可以引用清扫装置121辅助移除位于移除平台12上的经曝光盈余区域42，使其脱离移除平台12，以便于移除平台12再继续打印下一种打印浆料。

相似的，如果采用如图1a所示的打印系统10，步骤S5进一步包括将打印平台14压覆在曝光平台11的一侧(同样为曝光平台11的第一表面1101)、并通过曝光平台11的另一侧(曝光平台11的第二表面1102)对打印区域41中的打印浆料进行曝光。在这样的实施例中，步骤S4进一步包括移走打印平台14、从而使经曝光打印区域随着所述打印平台14的移动而脱离曝光平台11，曝光平台11由此继续准备下一种打印浆料的打印。

通过上述的步骤已经完成针对某种打印浆料的打印区域41的打印任务，在打印该多材料层的其他打印浆料时，首先在待曝光区域110中布置其他打印浆料并确定针对该其他打印浆料的打印区域和盈余区域，再配合移除平台打印盈余区域后，在粘附有打印区域41的打印平台14上继续打印该其他打印浆料的打印区域。以此类推，完成该多材料层的所有打印浆料的打印，由此打印完毕后的多材料层同时具有不同的材料。通过这样的方式可以实现将每种打印浆料的经曝光打印区域保留在打印平台14的不同区域，使得每种打印浆料对应的经曝光打印区域通过拼接形成所述已打印多材料层。

上述参照图4a和图4b已经给出了一种某一种打印浆料为矩形形状的实例。下面根据图4c再给出一种可以拆分为饼状图形状的多材料层的打印实例。根据图4c，首先在离型膜11上的待曝光区域110中布置第一种打印浆料，其中包括该种打印浆料的盈余区域431和打印区域432。结合前文说明的打印方法，通过移除平台12移走盈余区域431并在离型膜11上遗留待曝光打印区域432；在对于该区域进行曝光后，通过打印平台14转移经曝光打印区域432；依次类推，在打印平台14上依次形成其他三种打印浆料的经曝光打印区域442、452和462，最后形成多种材料拼接的已打印多材料层。

当采用如图1a所示实施例中的打印系统10时，曝光平台11可以具体实施为离型膜11。在这样的实施例中，打印方法还包括通过自动换膜装置控制离型膜11沿单方向a或b、或者是沿双向ab方向移动，从而在打印过程中不断提供可用于曝光盈余区域和/或打印区域的离型膜。进一步优选地，还可以在对于任一种打印浆料执行如图3所示的步骤S2～S6后清理、卷动和/或换用离型膜。

可以理解的是，针对多材料层打印对现有技术，往往需要对大量的盈余打印浆料进行清洗等工作，成本较高且不环保，会产生大量的废液废水。采用本发明的方案后，在打印多材料层时通过先曝光固化不需要的盈余区域、配合打印系统中的移除平台等结构移走曝光后盈余区域，由于盈余区域的打印浆料已经曝光固化，无需再产生清洗用的大量废液废水，极大的降低了生产成本。同时，在本发明的一些优选实施例中，可以根据多材料层的尺寸和所需要打印的不同打印浆料个数在曝光平台上提前预测合理的待曝光区域，从而在打印计划的阶段尽量降低盈余区域的面积，进一步优化方案，节省成本。

本发明的一实施例还提出了一种如图5所示的混合多材料三维打印系统50。根据图5，混合多材料三维打印系统50可包括内部通信总线51、处理器(Processor)52、只读存储器(ROM)53、随机存取存储器(RAM)54、以及通信端口55。当应用在个人计算机上时，混合多材料三维打印系统50还可以包括硬盘56。

内部通信总线51可以实现混合多材料三维打印系统50组件间的数据通信。处理器52可以进行判断和发出提示。在一些实施例中，处理器52可以由一个或多个处理器组成。通信端口55可以实现混合多材料三维打印系统50与外部的数据通信。在一些实施例中，混合多材料三维打印系统50可以通过通信端口55从网络发送和接受信息以及数据。

混合多材料三维打印系统50还可以包括不同形式的程序储存单元以及数据储存单元，例如硬盘56，只读存储器(ROM)53和随机存取存储器(RAM)54，能够存储计算机处理和/或通信使用的各种数据文件，以及处理器52所执行的可能的程序指令。处理器执行这些指令以实现方法的主要部分。处理器处理的结果通过通信端口传给用户设备，在用户界面上显示。

除此之外，本发明另一方面还提出了一种存储有计算机程序代码的计算机可读介质，计算机程序代码在由处理器执行时实现上述的混合多材料三维打印方法。

上文已对基本概念做了描述，显然，对于本领域技术人员来说，上述发明披露仅仅作为示例，而并不构成对本申请的限定。虽然此处并没有明确说明，本领域技术人员可能会对本申请进行各种修改、改进和修正。该类修改、改进和修正在本申请中被建议，所以该类修改、改进、修正仍属于本申请示范实施例的精神和范围。

同时，本申请使用了特定词语来描述本申请的实施例。如“一个实施例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”意指与本申请至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”或“一替代性实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本申请的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。

本申请的一些方面可以完全由硬件执行、可以完全由软件(包括固件、常驻软件、微码等)执行、也可以由硬件和软件组合执行。以上硬件或软件均可被称为“数据块”、“模块”、“引擎”、“单元”、“组件”或“系统”。处理器可以是一个或多个专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、数字信号处理器件(DAPD)、可编程逻辑器件(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、处理器、控制器、微控制器、微处理器或者其组合。此外，本申请的各方面可能表现为位于一个或多个计算机可读介质中的计算机产品，该产品包括计算机可读程序编码。例如，计算机可读介质可包括，但不限于，磁性存储设备(例如，硬盘、软盘、磁带……)、光盘(例如，压缩盘CD、数字多功能盘DVD……)、智能卡以及闪存设备(例如，卡、棒、键驱动器……)。

计算机可读介质可能包含一个内含有计算机程序编码的传播数据信号，例如在基带上或作为载波的一部分。该传播信号可能有多种表现形式，包括电磁形式、光形式等等、或合适的组合形式。计算机可读介质可以是除计算机可读存储介质之外的任何计算机可读介质，该介质可以通过连接至一个指令执行系统、装置或设备以实现通讯、传播或传输供使用的程序。位于计算机可读介质上的程序编码可以通过任何合适的介质进行传播，包括无线电、电缆、光纤电缆、射频信号、或类似介质、或任何上述介质的组合。

同理，应当注意的是，为了简化本申请披露的表述，从而帮助对一个或多个发明实施例的理解，前文对本申请实施例的描述中，有时会将多种特征归并至一个实施例、附图或对其的描述中。但是，这种披露方法并不意味着本申请对象所需要的特征比权利要求中提及的特征多。实际上，实施例的特征要少于上述披露的单个实施例的全部特征。

一些实施例中使用了描述成分、属性数量的数字，应当理解的是，此类用于实施例描述的数字，在一些示例中使用了修饰词“大约”、“近似”或“大体上”来修饰。除非另外说明，“大约”、“近似”或“大体上”表明所述数字允许有±20％的变化。相应地，在一些实施例中，说明书和权利要求中使用的数值参数均为近似值，该近似值根据个别实施例所需特点可以发生改变。在一些实施例中，数值参数应考虑规定的有效数位并采用一般位数保留的方法。尽管本申请一些实施例中用于确认其范围广度的数值域和参数为近似值，在具体实施例中，此类数值的设定在可行范围内尽可能精确。

虽然本申请已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本申请，在没有脱离本申请精神的情况下还可作出各种等效的变化或替换，因此，只要在本申请的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本申请的权利要求书的范围内。

Claims (22)

1.一种混合多材料三维打印方法，适于打印三维打印模型，所述三维打印模型包括至少一层的多材料层，所述多材料层由至少两种打印浆料打印而成，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1：确定待打印多材料层中每种打印浆料的打印区域以及所述打印区域之外的盈余区域；

步骤S2：在曝光平台上布置一种打印浆料；

步骤S3：在所述曝光平台上曝光所述打印浆料的盈余区域；

步骤S4：移除经曝光盈余区域、并在所述曝光平台上遗留待曝光打印区域；

步骤S5：在所述曝光平台上曝光所述打印区域；以及

步骤S6：转移经曝光打印区域；

其中，对于每种打印浆料执行所述步骤S2～S6，使得每种打印浆料对应的经曝光打印区域通过拼接形成已打印多材料层。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括在执行所述步骤S2之前，根据所述多材料层的特征参数确定每一种浆料的所述打印区域和所述盈余区域的大小。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S3包括将移除平台压覆在所述曝光平台的一表面、并控制光源通过所述曝光平台的另一表面对所述盈余区域中的打印浆料进行曝光。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤S4包括移走所述移除平台，使经曝光盈余区域随所述移除平台脱离所述曝光平台。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤S4还包括使所述经曝光盈余区域脱离所述移除平台。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S5包括将打印平台压覆在所述曝光平台的一表面，并控制光源通过所述曝光平台的另一表面对所述打印区域中的打印浆料进行曝光。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤S6还包括转移所述打印平台，使所述经曝光打印区域随所述打印平台脱离所述曝光平台。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，还包括将每种打印浆料的经曝光打印区域保留在所述打印平台的不同区域，使得每种打印浆料对应的经曝光打印区域通过拼接形成所述已打印多材料层。

9.如权利要求1～8任一项所述的方法，其特征在于，所述曝光平台包括离型膜。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，还包括控制所述离型膜单向或双向卷动，从而在打印过程中不断提供可用于曝光所述盈余区域和/或所述打印区域的清洁离型膜。

11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，还包括在对于任一种打印浆料执行所述步骤S2～S6后清理、卷动和/或换用离型膜。

12.一种混合多材料三维打印系统，适于打印三维打印模型，所述三维打印模型包括至少一层的多材料层，所述多材料层由至少两种打印浆料打印而成，其特征在于，所述系统包括：

曝光平台，具有相对的第一表面和第二表面，所述第一表面适于承载待曝光的打印浆料；

打印浆料供给机构，布置在所述曝光平台的一侧，以在所述曝光平台上布置打印浆料；

曝光系统，与所述曝光平台的第二表面相对布置，所述曝光系统用于选择性地曝光所述打印浆料的打印区域和所述打印区域之外的盈余区域；

移除平台，布置在所述曝光平台附近；

移除平台驱动机构，连接所述移除平台，所述移除平台运动机构适于带动所述移除平台在压覆所述第一表面的第一位置和离开所述曝光平台的第二位置间移动，以移除经曝光盈余区域；

打印平台，布置在所述曝光平台附近；

打印平台运动机构，连接所述打印平台，所述打印平台运动机构适于带动所述打印平台在压覆所述第一表面的第三位置和离开所述曝光平台的第四位置间移动，以转移经曝光打印区域；

上位机，电性连接所述曝光平台、所述曝光系统、所述打印浆料供给机构、所述移除平台驱动机构和所述打印平台运动机构，所述上位机配置为：

确定待打印的多材料层中每种打印浆料的所述打印区域以及所述打印区域之外的盈余区域；

控制所述曝光平台、所述曝光系统、所述打印浆料供给机构、所述移除平台驱动机构和所述打印平台运动机构的操作，以在所述打印平台上依次获得每种打印浆料的经曝光打印区域。

13.如权利要求12所述的系统，其特征在于，所述上位机还配置循环执行如下操作以在所述打印平台上依次获得每种打印浆料的经曝光打印区域：

控制所述打印浆料供给机构在所述曝光平台上布置一种打印浆料；

控制所述移除平台驱动机构将所述移除平台移动到所述第一位置；

控制所述曝光系统曝光所述打印浆料的盈余区域，所述经曝光盈余区域粘附在所述移除平台上；

控制所述移除平台驱动机构将所述移除平台移动到所述第二位置以移除所述经曝光盈余区域；

控制所述打印平台驱动机构将所述打印平台移动到所述第三位置；

控制所述曝光系统曝光所述曝光平台上遗留的打印区域，所述经曝光打印区域粘附在所述打印平台上；以及

控制所述打印平台驱动机构将所述打印平台移动到所述第四位置；

其中，每种打印浆料对应的经曝光打印区域在所述打印平台上拼接形成已打印多材料层。

14.如权利要求12或13所述的系统，其特征在于，所述移除平台还附着有清扫装置，所述清扫装置适于在所述移除平台脱离所述曝光平台后移除所述移除平台上的经曝光盈余区域。

15.如权利要求12或13所述的系统，其特征在于，所述曝光平台包括离型膜。

16.如权利要求15所述的系统，其特征在于，还包括透光的限位部，所述限位部位于所述曝光平台的下方，所述限位部适于在所述移除平台压覆在所述第一位置或所述打印平台压覆在所述第三位置时支撑所述曝光平台。

17.如权利要求15所述的系统，其特征在于，还包括自动换膜装置，所述离型膜位于所述自动换膜装置中，所述自动换膜装置包括相对的至少两个卷轮，所述卷轮适于带动所述离型膜沿单方向和/或双向移动，从而在打印过程中不断提供可用于曝光所述盈余区域和/或所述打印区域的清洁离型膜。

18.如权利要求17所述的系统，其特征在于，所述卷轮适于带动所述离型膜沿双向移动，所述自动换膜装置还包括离型膜清扫刷，所述离型膜清扫刷用于清扫所述离型膜的表面从而使得同一段离型膜适于在清扫后重复使用。

19.如权利要求12或13所述的系统，其特征在于，所述打印浆料供给机构包括多组浆料输入管，每组浆料输入管包括多条浆料输入管，且每组浆料输入管中的多条浆料输入管对应装载同一种打印浆料。

20.如权利要求19所述的系统，其特征在于，所述打印浆料供给机构还包括铺料刮刀，所述铺料刮刀适于沿水平和/或竖直方向移动。

21.一种混合多材料三维打印方法系统，包括：

存储器，用于存储可由处理器执行的指令；以及处理器，用于执行所述指令以实现如权利要求1-11任一项所述的方法。

22.一种存储有计算机程序代码的计算机可读介质，所述计算机程序代码在由处理器执行时实现如权利要求1-11任一项所述的方法。

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