發(fā)明所提供的方法所依托的3D打印系統(tǒng)構(gòu)造主要包括計算機(jī)控制系統(tǒng)、材料送給系統(tǒng)、激光打印系統(tǒng)(選擇性激光燒結(jié)SLS或選擇性激光熔結(jié)SLM)、3DP打印系統(tǒng)和工作臺運(yùn)動系統(tǒng)等。
[0028]具體的，如圖1所示，所述方法包括以下步驟:
S1、建立待3D打印物體的三維模型。
[0029]在計算機(jī)控制系統(tǒng)中根據(jù)待3D打印物體的結(jié)構(gòu)特征，建立待打印物體的三維模型。
[0030]S2:對所述三維模型進(jìn)行分層處理，得到每層截面的材料組分信息和輪廓信息。
[0031]對建立的三維模型進(jìn)行分層處理，得到分層的信息，并將每層的材料組分信息及輪廓信息進(jìn)行保存。
[0032]S3、根據(jù)區(qū)域面積及區(qū)域內(nèi)待打印材料種類的不同，將每層截面劃分為第一粉末材料區(qū)域、梯度材料區(qū)域和第二材料區(qū)域，并且所述第一粉末材料區(qū)域、所述梯度材料區(qū)域和所述第二材料區(qū)域分別對應(yīng)選擇鋪粉機(jī)構(gòu)、梯度材料打印機(jī)構(gòu)和微滴噴射打印頭機(jī)構(gòu)作為打印機(jī)構(gòu)。
[0033]將每層的區(qū)域劃分成第一粉末區(qū)域、梯度材料區(qū)域和第二材料區(qū)域，以及將每個區(qū)域內(nèi)根據(jù)不同的粉末種類再劃分出不同的子區(qū)域。
[0034]具體的，所述具體的，所述第一材料區(qū)域為:區(qū)域面積超出預(yù)定面積值的粉末材料區(qū)域的集合；所述第二材料區(qū)域為:多個不同材料種類所處區(qū)域的過渡區(qū)域的集合；所述第二材料區(qū)域為:區(qū)域面積小于或者等于預(yù)定面積值的粉末材料區(qū)域、以及非粉末區(qū)域的隹A
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[0035]S4、在鋪粉機(jī)構(gòu)、梯度材料打印機(jī)構(gòu)及微滴噴射打印頭機(jī)構(gòu)中，分別按照打印區(qū)域及打印材料種類的不同，將不同種類粉末材料或者液體材料裝入相應(yīng)的料盒。
[0036]根據(jù)不同的區(qū)域劃分，以及區(qū)域內(nèi)包含不同材料種類的子區(qū)域，因此為了實現(xiàn)每個區(qū)域內(nèi)任一種類子區(qū)域均能實現(xiàn)快速打印，所述鋪粉機(jī)構(gòu)包括:至少一個支撐材料盒、至少一個料盒、至少一個吸粉裝置、至少一個回收粉裝置以及傳輸機(jī)構(gòu)；所述第一粉末材料區(qū)域包括:至少一個粉末種類的粉末材料待打印區(qū)域。所述梯度材料打印機(jī)構(gòu)包括:至少兩個料盒的送粉裝置、材料配比裝置、材料攪拌裝置、打印頭裝置及實現(xiàn)打印頭裝置三維空間運(yùn)動的轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)；所述梯度材料區(qū)域包括:至少兩個粉末種類的粉末材料待打印區(qū)域。
[0037]所述微滴噴射打印頭機(jī)構(gòu)包括:多個打印頭裝置，以及為多個打印頭裝置傳輸打印材料的供給機(jī)構(gòu)和實現(xiàn)打印頭裝置三維空間運(yùn)動的轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)；所述第二材料區(qū)域包括:至少一個粉末種類的粉末材料或者至少一個液體材料或者至少一個固態(tài)材料或者至少一個固液材料相組合的待打印區(qū)域。
[0038]在具體打印時，每個料盒中裝入的粉料對應(yīng)其待打印的區(qū)域，通過與料盒相連接的送粉裝置或者吸粉裝置等，將裝入料盒的粉末材料打印到成型腔內(nèi)。
[0039]S5、鋪粉機(jī)構(gòu)按照第一粉末材料區(qū)域的輪廓信息，依次將不同種類的粉末材料均勻鋪設(shè)到相應(yīng)的打印區(qū)域，并固化成型。
[0040]S6、梯度材料打印機(jī)構(gòu)按照梯度材料區(qū)域的輪廓信息，依次將不同種類的粉末材料均勻鋪設(shè)到相應(yīng)的打印區(qū)域，并固化成型。
[0041]S7、微滴噴射打印頭機(jī)構(gòu)按照第二材料區(qū)域的輪廓信息，依次將材料均勻打印到相應(yīng)的打印區(qū)域。
[0042]在上述步驟S5-S7中，依次對第一材料區(qū)域、梯度材料區(qū)域和第二材料區(qū)域進(jìn)行打印，并且優(yōu)選的，分別采用選擇性激光燒結(jié)方法、選擇性激光熔結(jié)和三維打印的方法對第一材料區(qū)域的材料進(jìn)行固化成型，采用選擇性激光熔結(jié)方法對梯度材料區(qū)域進(jìn)行固化成型。
[0043]S8、控制打印工作臺下降一個打印層的厚度，重復(fù)步驟S5—步驟S7，層層疊加，直至打完整個三維實體。
[0044]當(dāng)上述步驟S7完成后，則該片層的打印已完成，本步驟中，控制打印工作臺下降一個打印層的厚度，開啟對下一個片層的打印操作，一直到整個三維實體打印完成。
[0045]可以想到的是，在所述步驟S4與S5之間中還包括:
控制打印工作臺下降到第一個打印層的高度。
[0046]為了實現(xiàn)快速打印，所述步驟S6與步驟S7可以同步多軸聯(lián)動進(jìn)行，在打印梯度材料區(qū)域的同時也進(jìn)行小區(qū)域粉末材料區(qū)域或者液固材料區(qū)域的打印，保證了打印順利進(jìn)行的同時，還提高了打印的效率。
[0047]下面如圖2、圖3a-圖3e所示，以4種面積較大區(qū)域粉末材料ABCD、面積較大區(qū)域液體材料F、面積較小區(qū)域材料GE、材料ABC交界處構(gòu)成梯度區(qū)域結(jié)構(gòu)的3D打印為例來說明本發(fā)明的具體內(nèi)容，該示例并不用于限制本發(fā)明，在本發(fā)明的原則之內(nèi)，對材料種類數(shù)量的增減、形態(tài)的變換等均為本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
[0048]首先將同一層片內(nèi)的材料區(qū)域分類:具體分為面積較大的粉末材料區(qū)域、梯度粉末材料區(qū)域、面積較大非粉末材料區(qū)域、面積較小材料區(qū)域。具體打印工藝步驟為:(1)計算機(jī)控制工作臺下降一個切片厚度；(2)打印面積較大的粉末材料區(qū)域，鋪設(shè)第一種面積較大粉材，固化成型后吸走未固化粉材，再鋪上第二種面積較大粉材，固化成型后吸走未固化的粉材，……，以此類推，將本層面積大粉材全部固化成型；(3)打印梯度粉末材料區(qū)域，調(diào)用梯度材料打印機(jī)構(gòu)向梯度粉材區(qū)域按照設(shè)計的材料要求鋪設(shè)混合粉末并固化成型；
(4)打印非粉末材料的較大面積區(qū)域，從多個獨(dú)立運(yùn)動的微滴噴射打印頭機(jī)構(gòu)中按設(shè)計的材料要求調(diào)用相應(yīng)的打印頭打印面積較大非粉末材料區(qū)域同時固化成型；(5)打印面積較小材料區(qū)域，從多個獨(dú)立運(yùn)動的微滴噴射打印頭機(jī)構(gòu)中按設(shè)計的材料要求調(diào)用相應(yīng)的打印頭打印面積較小材料區(qū)域同時固化成型；(梯度打印頭與多個獨(dú)立的打印頭可多軸聯(lián)動，同時進(jìn)行打印，節(jié)省時間)(6)直到本層所有區(qū)域全部固化成型，工作臺再下行一個切片厚度，重復(fù)上述過程，多層疊加，直至打完整個三維實體。
[0049]本發(fā)明所述的多工藝3D打印方法，依托的3D打印系統(tǒng)，如圖2所示，其構(gòu)造主要包括計算機(jī)控制系統(tǒng)4、材料送給系統(tǒng)、激光打印系統(tǒng)3 (選擇性激光燒結(jié)SLS或選擇性激光熔結(jié)SLM)、三維打印系統(tǒng)6和工作臺系統(tǒng)8等。
[0050]在實際應(yīng)用中，所述的材料送給系統(tǒng)具有三套機(jī)構(gòu)一一鋪粉機(jī)構(gòu)1、梯度材料打印機(jī)構(gòu)2、多個獨(dú)立的三維空間內(nèi)可移動的微滴噴射打印頭機(jī)構(gòu)5，這三套機(jī)構(gòu)的選擇需根據(jù)立體的層片信息來決定，同一層片中面積較大的粉末材料區(qū)域選擇鋪粉機(jī)構(gòu)，梯度粉末材料區(qū)域選擇梯度材料打印機(jī)構(gòu)，面積較大非粉末材料區(qū)域和面積較小材料區(qū)域選擇第三種中適合的打印頭機(jī)構(gòu)。
[0051]所述的鋪粉機(jī)構(gòu)1包括多個料盒(其中至少包括一個支撐材料盒)的鋪粉裝置、吸粉裝置、回收粉裝置以及傳送機(jī)構(gòu)等。
[0052]所述的梯度材料打印機(jī)構(gòu)2包括多個料盒的送粉裝置、材料配比裝置、材料攪拌裝置、打印頭裝置及實現(xiàn)打印頭三維空間運(yùn)動的機(jī)構(gòu)等。
[0053]所述的多個獨(dú)立的微滴噴射打印頭機(jī)構(gòu)5包括各打印頭的材料供給機(jī)構(gòu)、打印頭裝置及實現(xiàn)打印頭三維空間運(yùn)動的機(jī)構(gòu)等。各打印頭可根據(jù)原材料材料的形態(tài)(粉末、液體、液固混合物、線材)來設(shè)置，數(shù)量根據(jù)實際應(yīng)用增減。
[0054]所述的梯度材料打印機(jī)構(gòu)2與多個獨(dú)立的打印頭能實現(xiàn)多軸聯(lián)動、同時打印，節(jié)省打印時間。
[0055]所述的粉末的固化成型主要采用選擇性激光燒結(jié)(SLS)、選擇性激光熔結(jié)(SLM)和三維打印(3DP)成型方法，3D打印加工系統(tǒng)是三種成型方法的綜合體，根據(jù)材料的性能、成型后的機(jī)械性能等的要求來選擇成型方法。
[0056]所述的計算機(jī)控制系統(tǒng)4是用來建立立體的三維模型，切片軟件對上述模型進(jìn)行切片處理，并得到每層的材料組分信息、輪廓信息、材料送給機(jī)構(gòu)的選擇信息、材料送給路徑信息，繼而進(jìn)行打印路徑規(guī)劃，以及對材料送給系統(tǒng)、激光打印系統(tǒng)3 (選擇性激光燒結(jié)SLS或選擇性激光熔結(jié)SLM)、三維打印系統(tǒng)6、工作臺系統(tǒng)8等的控制。
[0057]基于上述系統(tǒng)的硬件支持，采用本申請中多工藝、多材料3D打印方法進(jìn)行打印詳細(xì)的打印步驟如下:
步驟1:建立多材料裝配體三維模型；