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TWI571380B - 一種三維物件列印方法及其系統 - Google Patents

一種三維物件列印方法及其系統 Download PDF

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TWI571380B
TWI571380B TW103128071A TW103128071A TWI571380B TW I571380 B TWI571380 B TW I571380B TW 103128071 A TW103128071 A TW 103128071A TW 103128071 A TW103128071 A TW 103128071A TW I571380 B TWI571380 B TW I571380B
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虞立
蔡世光
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英華達股份有限公司
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Description

一種三維物件列印方法及其系統
本發明涉及一種三維物件列印方法及其系統，特別是關於三維模型單軸方向無限列印方法及系統。
三維(3D)列印技術實際上是一系列快速原型成型技術之統稱，其基本原理都是迭層製造，由快速原型機在x-y平面內通過掃描形式形成如圖1所示之工件之各層截面形狀，而在z座標間斷地作層面厚度之位移，最終形成三維製件，圖1中，工件之待填充向量13位於工件之外邊界11和內邊界之間。市場上之快速成型技術分為3DP(Three Dimensional Printing and Gluing，3DP)三維粉末粘接技術、FDM(Fused Deposition Modeling，FDM)熔融層積成型技術、SLA(Stereolithigraphy Apparatus，SLA)立體平版印刷技術、SLS(Selecting Laser Sintering，SLS)選區鐳射燒結、DLP(Digital Light Processing，DLP)鐳射成型技術和UV紫外線成型技術等。其中，FDM熔融層積成型技術是將絲狀之熱熔性材料加熱融化，同時三維噴頭在電腦控制下，根據截面輪廓資訊，將材料選擇性地塗敷在工作臺上，快速冷卻後形成一層截面，一層成型完成後，機器工作臺會下降一個高度(即分層厚度)再成型下一層，直至形成整個實體造型，其成型材料種類多，成型件強度高、精度較高，主要適用於成型小塑膠件。
採用3DP技術之三維印表機使用標準噴墨列印技術，通過將液態連結體鋪放在粉末薄層上，以列印橫截面資料之方式逐層創建各部件及三維實體模型；採用這種技術列印成型之樣品模型與實際產品具有同樣之色彩，還可以將彩色分析結果直接描繪在模型上，模型樣品所傳遞之資訊較大。
然而，現有三維印表機尺寸會直接影響到待列印工件之實際大小，例如，當需要對如圖2所示之工件之一層截面形狀進行列印時，現有三維印表機列印方向及順序為a-b-c-d-e，且列印範圍由外向內列 印，列印範圍侷限於印表機內部空間，因此，只能列印有限空間，無法如同紙張印表機通過連續進紙實現無限列印。
本發明之目的在於提供一種三維模型單軸方向無限列印方法及系統，能夠突破現有三維印表機之列印侷限，實現三維模型單方向軸之無限列印。
為達成上述目的，本發明提供一種三維物件列印方法，包括：分析構建待列印工件之一三維模型；將三維模型沿一第一軸方向離散為複數個二維層面，得到由一第二軸和一第三軸組成複數個二維層面之一二維平面座標；根據每一層二維層面之二維平面座標，依次進行每一層二維層面於第二軸方向上之逐行點陣式列印。
進一步的，在上述方法中根據每一二維層面之二維平面座標，依次進行每一二維層面於第二軸方向上之逐行點陣式列印之步驟，更包括下列步驟：步驟一，將一列印噴頭移動至一第一層二維層面所在之第一軸座標；步驟二，從當前二維層面之二維平面座標中，獲取當前二維層面之每一第三軸座標於第二軸方向行之所有第二軸座標，並將列印噴頭定位在當前二維層面之第一個第三軸座標後，依次對當前第三軸座標於第二軸方向之每一個第二軸座標進行列印；步驟三，判斷是否完成當前二維層面之最後一個第三軸座標於第二軸方向之最後一個第二軸座標之列印，若是，則執行步驟五，若否，則執行步驟四；步驟四，將列印噴頭移動至當前二維層面之次一個第三軸座標後，依次對當前第三軸座標於第二軸方向行之每一個第二軸座標進行列印；步驟五，判斷當前二維層面之第一軸座標是否等於最後一層二維層面之第一軸座標，若是，則退出列印噴頭，若否，則將列印噴頭移動至次一層之二維層面所在之第一軸座標後，執行步驟二。
進一步的，在上述方法中根據每一層二維層面之二維平面座標，依次進行每一二維層面於第二軸方向之逐行點陣式列印之步驟，係在多個沿第三軸方向連接之剛性或柔性承載面上執行。
進一步的，在上述方法中所述剛性承載面係以合頁方式進 行連接。
進一步的，在上述方法中所述第一軸、第二軸、第三軸之組合係x軸、y軸、z軸之組合。
進一步的，在上述方法中所述第一軸為z軸，且第二軸及第三軸之組合為x軸或y軸之組合。
為達成上述目的，本發明更提供一種三維物件列印系統，包括：一三維模型模組，其分析構建待列印之一三維模型；一離散模組，將三維模型沿一第一軸方向離散為複數個二維層面，並得到由一第二軸和一第三軸組成複數個二維層面之一二維平面座標；一列印控制模組，根據每一二維層面之一二維平面座標，依次進行每一二維層面於第二軸方向上之逐行點陣式列印。
進一步的，在上述系統中所述列印控制模組更包括：一第一軸座標控制單元，將一列印噴頭移動至二維層面所在之第一軸座標；一第一行列印控制單元，從當前層二維層面之二維平面座標中，獲取當前二維層面之每一第三軸座標於第二軸方向之所有第二軸座標，並將列印噴頭定位在當前二維層面之第一個第三軸座標後，依次對當前第三軸座標於第二軸方向之每一個第二軸座標進行列印；一第三軸座標判斷單元，判斷當前二維層面的最後一個第三軸座標於第二軸方向之每一個第二軸座標之列印；一後續行列印控制單元，將列印噴頭移動至當前二維層面之次一個第三軸座標後，依次對當前第三軸座標於第二軸方向之每一個第二軸座標進行列印；一第一軸座標判斷單元，判斷當前二維層面之第一軸座標是否等於最後一層之二維層面之第一軸座標。
進一步的，在上述系統中所述列印控制模組更包含複數個沿第三軸方向連接之剛性或柔性承載面。
進一步的，在上述系統中所述剛性承載面係以合頁方式進行連接。
進一步的，在上述系統中所述第一軸、第二軸、第三軸之組合係x軸、y軸、z軸之組合。
進一步的，在上述系統中所述第一軸為z軸，第二軸及第三軸之組合為x軸或y軸之組合。
與現有技術相比，本發明藉由分析構建待列印之三維模型，將三維模型沿第一軸方向離散為複數個二維層面，得到由第二軸和第三軸組成二維層面之一二維平面座標，根據每一二維層面之二維平面座標，依次進行每一二維層面於第二軸方向上之逐行點陣式列印，能夠突破現有三維印表機之列印侷限，實現三維模型單方向軸之無限列印，即使體積較小之三維印表機也無需改動現有之結構。
1‧‧‧三維模型模組
2‧‧‧離散模組
3‧‧‧列印控制模組
31‧‧‧z軸座標控制單元
32‧‧‧第一行列印控制單元
33‧‧‧y軸座標判斷單元
34‧‧‧z軸座標判斷單元
35‧‧‧後續行列印控制單元
S1、S2、S3、S31、S32、S33、S34、S35、S36、S37‧‧‧步驟
第1圖係工件的截面形狀示意圖。
第2圖係現有的三維物件列印的方向和順序示意圖。
第3圖係本發明一實施例的三維物件列印方法的流程圖。
第4圖係第3圖中步驟S3的詳細流程圖。
第5圖係本發明一實施例的列印的方向和順序示意圖。
第6圖係本發明一實施例的三維物件列印系統的模組圖。
第7圖係第6圖中列印控制模組的模組圖。
為使本發明之上述目的、特徵和優點能更加明顯易懂，下面結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步詳细说明。
實施例一：
如第3圖所示，本發明提供一種三維物件列印方法，包括：步驟S1，分析構建待列印工件之一三維模型；步驟S2，將三維模型沿z軸方向離散為複數個二維層面，並得到每一層二維層面之x和y軸二維平面座標；具體的，本步驟中沿著z軸方向對模型進行切片；步驟S3，每次根據每一層二維層面之x和y軸之二維平面座標，依次進行每一層二維層面於x軸方向上之逐行點陣式列印。具體的，本實施例通過調整現有三維列印之方向和順序，結合傳統二維列印之 “工”字形列印方向和順序，在單軸方向上實現了無限列印，且無需另外改動三維印表機之硬體結構；例如列印一幅三維立體長卷畫或其他對單軸長度具有特殊要求物品件，本實施例之列印方法皆可滿足，列印頭直接沿x軸方向逐行點陣式列印，列印完一行後沿y軸方向增加一行，列印下一行，列印完一層後沿z軸方向增加一層，列印下一層。本實施例之2D列印(也就是紙張印表機)是沿y軸做切片，列印完一行後，y軸增加，列印下一行，在切片完成後得到了一個個平面之圖形。如果把每個平面理解為單個2D列印任務，本實施例中依賴2D列印方案，將平面再做切分，將線性運動轉化為如圖5所示之橫向點陣式，圖5中列印方向和順序為a-b-c-d，即在x軸方向上進行移動，使列印範圍不受印表機大小及空間限制。比較圖2和圖5之列印方向和順序，可以看出現有三維列印之方向和順序是一種線性運動指令，而本實施例2D列印是一種點陣式列印，本實施例中三維印表機在y軸方向只需很小之固定寬度作為列印工作面即可。
在一較佳之實施例，如第4圖所示，步驟S3更包括：步驟S31，將一列印噴頭移動至一第一層二維層面所在之z軸座標；步驟S32，從當前二維層面之x和y軸之二維平面座標中，獲取當前二維層面之每一y軸座標於x軸方向之所有x軸座標，並將列印噴頭定位在當前二維層面之第一個y軸座標後，依次對當前y軸座標於x軸方向之每一個x軸座標進行列印；步驟S33，判斷列印噴頭是否完成當前二維層面之最後一個y軸座標於x軸方向之列印，若是，則執行步驟S35，若否，則執行步驟S34；步驟S34，將列印噴頭移動至當前二維層面之次一個y軸座標後，依次對當前y軸座標於x軸方向之每一個x軸座標進行列印；步驟S35，判斷當前二維層面之z軸座標是否等於最後一層二維層面之z軸座標，若是，則執行步驟S36，若否，則執行步驟S37；步驟S36，退出列印噴頭；步驟S37，將列印噴頭移動至次一層之二維層面所在之z軸座標後執行步驟S32。
在較佳之實施例下，步驟S3係在多個沿y軸方向連接之剛性承載面上執行，其中剛性承載面係以合頁方式進行連接，但連接方式不以此為限；更具體的，列印工件下方有一個承載面，如同2D列印墨水是依靠紙張作為承載面，三維列印物件同樣需要一個承載面，該承載面可以在y軸方向做正反向運動，該承載面可以是柔性或者剛性材料。當列印工件移出列印工作面以後，由於三維列印材料成型之快速固化，材料自身有一定剛性，所以y軸方向之列印長度取決於三維列印材料自身之剛性和模型之重量，剛性承載面使用合頁連結，收納狀態時是彎曲的，抽出來以後在直線方向保持平整，這樣就可以提供一個在y軸方向無限之列印承載面。
本實施例能夠突破現有三維印表機之列印侷限，實現三維模型單方向軸之無限列印，即使體積較小之三維印表機也無需改動現有結構，在實際三維印表機生產中也可將體積設計得更小。
實施例二：
如第6圖所示，本發明更提供一種三維物件列印系統，包括：一三維模型模組1，用於分析構建待列印之一三維模型；一離散模組2，將三維模型沿z軸方向離散為複數個二維層面，得到每一層二維層面之x和y軸之二維平面座標；一列印控制模組3，根據每一層二維層面之x和y軸之二維平面座標，依次進行三維模型每一二維層面於x軸方向上之逐行點陣式列印。
在較佳之實施例下，所述列印控制模組3包括：一z軸座標控制單元31，將一列印噴頭移動至二維層面所在之z軸座標；一第一行列印控制單元32，從當前二維層面之x和y軸之二維平面座標中獲取當前二維層面之每一y軸座標於x軸方向之所有x軸座標，並將列印噴頭定位在當前二維層面之第一個y軸座標後，依次對當前y軸座標於x軸方向行之每一個x軸座標進行列印；一y軸座標判斷單元33，判斷是否完成當前二維層面之最後一個y軸座標於x軸方向之每一個x軸座標之列印；一後續行列印控制單元35，將列印噴頭移動至當前二維層面之次一個y軸座標後，依次對當前y軸座標於x軸方向之每一個x軸座標進行列印；一z軸座標判斷單元34，判斷當前二維層面之z軸座標是否等於最後一層之二維層面之z軸座標。
在較佳之實施例下，其列印控制模組3係包含複數個沿y軸方向連接之剛性承載面，其中剛性承載面係以合頁之方式進行連接。實施例二之其它具體詳細內容可參見實施例一之相應部分，在此不再贅述。
綜上所述，本發明藉由分析構建待列印之三維模型，將三維模型沿z軸方向離散為複數個二維層面，得到每一二維層面之x和y軸之二維平面座標，每次根據每一二維層面之x和y軸之二維平面座標，依次進行每一二維層面於x軸方向上之逐行點陣式列印，能夠突破現有三維印表機之列印侷限，實現三維模型單方向軸之無限列印，即使體積較小之三維印表機也無需改動現有之結構。
本說明書中各個實施例採用遞進方式描述，每個實施例重點說明都是與其他實施例不同之處，各個實施例間相同相似部分互相參見即可。對於實施例公開之系統而言，由於與實施例公開之方法相對應，所以描述比較簡單，相關之處參見方法部分說明即可。
專業人員還可以進一步意識到，結合本文中所公開之實施例描述之各示例單元及演算法步驟，能夠以電子硬體、電腦軟體或二者結合來實現，為了清楚地說明硬體和軟體之可互換性，在上述說明中已經按照功能一般性地描述了各示例之組成及步驟。這些功能究竟以硬體還是軟體方式來執行，取決於技術方案之特定應用和設計約束條件，專業技術人員可以對每個特定應用使用不同方法來實現所描述之功能，但是這種實現不應認為超出本發明之範圍。
顯然，本領域之技術人員可以對發明進行各種改動和變型而不脫離本發明之精神和範圍。倘若本發明之這些修改和變型屬於本發明權利要求及其等同技術之範圍內，則本發明也意圖包括這些改動和變型在內。
S1、S2、S3‧‧‧步驟

Claims (10)

  1. 一種三維物件列印方法，包括：分析構建待列印之一三維模型；將該三維模型沿一第一軸方向離散為複數個二維層面，得到由一第二軸和一第三軸組成該些二維層面之一二維平面座標；以及根據該些二維層面之該二維平面座標，依次進行該些二維層面於該第二軸方向上之逐行點陣式列印，其中該逐行點陣式更包括下列步驟：步驟一，將一列印噴頭移至一第一層二維層面所在之該第一軸座標；步驟二，從當前二維層面之該二維平面座標中，獲取當前二維層面之每一該第三軸座標於該第二軸方向之所有該第二軸座標，並將該列印噴頭定位在當前二維層面之第一個該第三軸座標後，依次對當前該第三軸座標於該第二軸方向之每一該第二軸座標進行列印；步驟三，判斷是否完成當前二維層面之最後一個該第三軸座標於該第二軸方向之最後一個該第二軸座標之列印，若是，則執行步驟五，若否，則執行步驟四；步驟四，將該列印噴頭移至當前二維層面之次一個該第三軸座標後，依次對當前該第三軸座標於該第二軸方向之每一該第二軸座標進行列印；步驟五，判斷當前二維層面之該第一軸座標是否等於最後一層二維層面之該第一軸座標，若是，則退出該列印噴頭，若否，則將該列印噴頭移動至次一層之二維層面所在之該第一軸座標後，執行步驟二。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之三維物件列印方法，其中根據該些二維層面之該二維平面座標，依次進行該些二維層面於該第二軸方向之逐行點陣式列印之步驟，係在多個沿該第三軸方向連接之剛性或柔性承載面上執行。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之三維物件列印方法，其中該些剛性或柔性承載面係以合頁方式進行連接。
  4. 如申請專利範圍第1至3項中任一項所述之三維物件列印方法，其中該第一軸、該第二軸、該第三軸之組合係x軸、y軸、z軸之組合。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之三維物件列印方法，其中該第一軸係z軸，該第二軸及該第三軸之組合係x軸及y軸之組合。
  6. 一種三維物件列印系統，包括：一三維模型模組，分析構建待列印之一三維模型；一離散模組，將該三維模型沿一第一軸方向離散為複數個二維層面，得到由一第二軸和一第三軸組成該些二維層面之一二維平面座標；以及一列印控制模組，根據該些二維層面之該二維平面座標，依次進行該些二維層面於該第二軸方向上之逐行點陣式列印，其中該列印控制模組更包括：一第一軸座標控制單元，將一列印噴頭移動至該些二維層面所在之第一軸座標；一第一行列印控制單元，從當前二維層面之該二維平面座標中，獲取當前二維層面之每一該第三軸座標於該第二軸方向之所有該第二軸座標，並將該列印噴頭定位在當前二維層面之第一個該第三軸座標後，依次對當前該第三軸座標於該第二軸方向之每一該第二軸座標進行列印；一第三軸座標判斷單元，判斷該列印噴頭是否完成當前二維層面之最後一個該第三軸座標於該第二軸方向之每一該第二軸座標之列印；一後續行列印控制單元，將該列印噴頭移至當前二維層面之次一該第三軸座標後，依次對當前該第三軸座標於該第二軸方向之每一該第二軸座標進行列印；以及 一第一軸座標判斷單元，判斷當前二維層面之該第一軸座標是否等於最後一層之二維層面之該第一軸座標。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之三維物件列印系統，更包含複數個沿該第三軸方向連接之剛性或柔性承載面。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之三維物件列印系統，其中該些剛性承載面係以合頁方式進行連接。
  9. 如申請專利範圍第6至8項中任一項所述之三維物件列印系統，其中該第一軸、該第二軸、該第三軸之組合係x軸、y軸、z軸之組合。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之三維物件列印系統，其中該第一軸係z軸，該第二軸及該第三軸之組合係x軸及y軸之組合。
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