一种3D打印机的喷墨头自动随机扰动的打印方法与流程

一种3d打印机的喷墨头自动随机扰动的打印方法
技术领域
1.本发明属于3d打印技术领域，具体为一种3d打印机的喷墨头自动随机扰动的打印方法。


背景技术：

2.3d打印是基于材料堆积法的一种高新制造技术，其根据计算机设计的三维模型数据，通过成形设备以材料累加的方式就可以制造出一些传统工艺难以完成的复杂形状制件。
3.三维喷印技术(three
‑
dimensional printing,3dp)又称微滴喷射黏结(binder jetting,bj),是3d打印的一种，被誉为最具生命力的增材制造技术。该技术基于微滴喷射原理，利用喷墨头选择性喷射液体黏结剂，将离散粉末材料逐层按路径打印(堆积)成形，从而获得所需制件。
4.喷墨头是3dp打印机的核心部件之一，一个喷墨头上就有上千个喷孔，有的打印机上装备几个喷墨头，喷孔数量就更多了。在这为数众多的喷孔中，所有的喷孔一直完美地工作几乎是不可能的，个别喷孔的缺陷时不时会发生，比如下述的例子。
5.例1：两个喷墨头组合时，本应完美无缝无重叠拼接，但因为种种原因，有两个喷孔还是重叠了，那么这两个喷孔重叠的位置，喷射到粉末层的黏结剂的饱和度将过高，这对成形是不利的；而另一些情况下，两个喷墨头拼接时却实际留下了一个喷孔的空白，那么这个喷孔缺失的位置将没有黏结剂喷射到粉末表面，将导致成形失败。
6.例2：某个喷孔一直正常工作，但临时有墨水中的杂质将喷孔出口堵掉一部分，这个喷孔喷出的方向将不再垂直，而是斜着，正常应喷射到a行但实际却喷射到了b行，这将会带来两个问题，b行的饱和度会过高，a行会没有黏结剂。而工作一段时间以后，在喷墨系统持续的压力下，这个杂质被冲出，这个喷孔恢复正常了，而所有这一切的发生，人们可能根本都不知道，但它在成形件中产生的缺陷却是真实存在的。
7.例3：有一些缺陷是已知的，比如人们已确定某个喷孔c堵塞了，那么按传统方法正常打印，每一层喷孔c所对应的那一行都没有黏结剂，这些空行在高度方向堆积成一个没有黏结剂的面，成形件在这个面的两侧裂成两半，这样一来，打印机根本无法成形成功，只能停工。更换新的喷墨头是一个解决办法，但困难是显然的，首先适用可换的喷墨头并不是马上可以得到，再就是更换喷墨头是一件繁琐细致的工作，耗费时间很长，最后就是新喷墨头价格昂贵，频繁更换会极大地增加使用成本。
8.在进行3d打印时，经常能碰上这些或明或暗，或持续或临时，或已知或未知的缺陷而产生问题，影响打印产品成形。
9.公开号为cn107283818a的中国发明专利公开了一种用于3d打印补料的二次定位方法及结构，其包括如下操作步骤：1)识别喷头部喷嘴堵塞情况，确定堵塞喷嘴实际位置，得一次定位图案层；2)将一次定位图案层中各点向左/向右偏移1～5个单位，得二次定位补料图案层；3)保持喷头部位置不变，根据步骤2)所得二次定位补料图案层调整打印底板本
体位置，按照二次定位补料图案层进行补料打印；4)重复步骤2)和步骤3)，直至补料完成。本发明中的补料打印方法通过识别喷头部喷嘴堵塞情况形成二次定位补料图案层，利用打印底板本体的偏移实现补料打印，该补料打印精准度高，无需浪费石蜡原料，同时大大提高了补料打印效率。本发明还公开了用于实施该方法的补料结构及具有该结构的3d打印机。
10.这种方法通过对堵塞点位进行定位，再经一次打印，第二次打印时，喷嘴位置不变，移动打印底板，进行补料；这种方法虽然可以解决喷嘴堵塞的问题，但是喷嘴出现缺陷的情况有很多种，此方法并不能解决喷嘴其他的缺陷，例如喷孔位置重叠、喷孔缺失和喷孔喷射方向歪斜等。


技术实现要素：

11.本发明的目的是提供一种3d打印机的喷墨头自动随机扰动的打印方法，解决了现有3d打印机在打印过程中容易因喷墨头的个别喷孔出现缺陷而导致打印的产品难以成形的问题，喷孔的缺陷包括喷孔位置重叠、喷孔缺失、喷孔堵塞和喷孔喷射方向歪斜等。
12.为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
13.一种3d打印机的喷墨头自动随机扰动的打印方法，包括以下步骤：
14.s1、自动取随机整数n；
15.s2、3d打印机的喷墨头相对打印基准点偏移n个喷孔的位置；
16.s3、解除打印数据对应的打印位置与喷孔位置的绑定，将打印数据对应的打印位置沿喷墨头偏移的方向反向偏移n个喷孔的位置，偏移完后，当前层打印数据对应的打印位置与喷孔位置重新绑定；
17.s4、打印当前层；
18.s5、重复步骤s1
‑
s4，继续打印下一层，直至打印完成；
19.所述喷墨头为阵列式喷墨头，包含若干喷孔；
20.步骤s2中，所述喷墨头偏移前后的可打印范围均覆盖3d打印机设计的打印范围。
21.本发明在每一层打印时都将喷墨头进行随机偏移，但是实际打印出来的图案的位置仍与喷墨头在偏移前打印出来的位置一致，打印的产品整体位置也与喷墨头不进行偏移时打印的产品整体位置一致，通过喷墨头随机偏移，将因喷孔缺陷带来的产品缺陷分散开来，使产品可以正常成形；喷墨头随机偏移，可以使喷孔随机偏移，每个喷孔在打印每一层时所对应的打印位置也是随机的；本方法适用于阵列式喷墨头的3d打印机；通过对喷墨头随机偏移的位置的限制，使喷墨头总是可以将产品在原位置打印成形，产品的原位置为喷墨头不进行偏移时，打印出来的产品的位置。
22.有缺陷的喷孔在打印时从头到尾总是对应一个打印位置，则相应的缺陷也会在同一个打印位置堆积；若喷孔的缺陷是喷孔堵塞了，无法出墨，则在这个喷孔的打印位置对应的地方，都会因喷孔无法出墨而出现打印空白，打印空白为一个点或几个点时，产品仍能正常成形，但是打印空白为一个面时，产品会裂开，难以成形；若喷孔的缺陷是两个喷孔打印位置重叠，则在这个打印位置上，出墨会过多，虽能成形，但是成形的产品会有较明显的缺陷，喷孔随机偏移后，多出墨的位置分散，分摊到每个打印位置对应的竖直方向上，其多喷的墨可以忽略，成形后对产品的影响也可以忽略；若喷孔的缺陷是喷孔内有杂质，使喷孔的喷射方向出现偏移，则会有两个位置出现缺陷，有杂质的喷孔对应的打印位置会出现打印
空白，有杂质的喷孔实际打印的位置会出现出墨过多的缺陷，常规打印方法下，产品难以成形，将喷墨头偏移后，这两个打印缺陷都会分散，不会在其对应的竖直方向上堆积，缺陷分散到不同位置后，产品可以正常成形。
23.进一步地，每一层打印时，所述喷墨头的偏移方向沿x轴方向或y轴方向中的一种，x轴方向和y轴方向均为水平方向，且x轴方向和y轴方向相互垂直，喷墨头打印每一层时都随机选取方向偏移，更有利于打印缺陷的分散，成形效果更好。
24.进一步地，已知有缺陷的喷孔在阵列式喷墨头上的位置信息；步骤s4中，打印当前层时，若有缺陷的喷孔位置与打印前两层中任意一层时有缺陷的喷孔位置相同，则取消打印当前层，并返回步骤s1，避免连续打印的三层中的任意两层出现缺陷在同一竖直方向堆积的现象，使打印缺陷更分散，有利于打印产品的成形。
25.进一步地，3d打印机包括随机取整模块，在步骤s1中，由随机取整模块自动选取随机整数n。
26.进一步地，所述3d打印机包括三轴移动机构，用于驱动所述喷墨头沿x轴方向、y轴方向和z轴方向移动。
27.进一步地，所述z轴方向为竖直方向。
28.进一步地，步骤s4，打印完当前层后，3d打印机的成形工作台下降一个打印层厚的高度，使喷墨头和成形工作台之间的高度差与将要打印的下一层对应。
29.与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明在每一层打印时都将喷墨头进行随机偏移，但是实际打印出来的图案的位置仍与喷墨头在偏移前打印出来的位置一致，打印的产品整体位置也与喷墨头不进行偏移时打印的产品整体位置一致，通过喷墨头随机偏移，将因喷孔缺陷带来的产品缺陷分散开来，使产品可以正常成形，解决了现有3d打印机在打印过程中容易因喷墨头的个别喷孔出现缺陷而导致打印的产品难以成形的问题，喷孔的缺陷包括喷孔位置重叠、喷孔缺失、喷孔堵塞和喷孔喷射方向歪斜等，本方法在喷孔正常时也可以使用，且不用进行硬件改造，推广成本低，适用性强，在喷孔出现缺陷时，无需更换喷墨头也可以使产品正常成形，且新喷墨头价格昂贵，能够有效节约成本；喷墨头更换繁琐耗时，本方法也可以节约更换喷墨头的时间。
附图说明
30.图1为本发明一种3d打印机的喷墨头自动随机扰动的打印方法流程图；
31.图2为喷孔无缺陷时，yz平面打印效果示意图；
32.图3为喷孔有缺陷时，采用常规打印方法打印的yz平面打印效果示意图；
33.图4为喷孔有缺陷时，采用一种3d打印机的喷墨头自动随机扰动的打印方法打印的yz平面打印效果示意图；
具体实施方式
34.下面将结合本发明中的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动条件下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
35.实施例1
36.如图1所示，本实施例提供一种3d打印机的喷墨头自动随机扰动的打印方法，包括以下步骤：
37.s1、自动取随机整数n；
38.s2、3d打印机的喷墨头相对打印基准点偏移n个喷孔的位置；
39.s3、解除打印数据对应的打印位置与喷孔位置的绑定，将打印数据对应的打印位置沿喷墨头偏移的方向反向偏移n个喷孔的位置，偏移完后，当前层打印数据对应的打印位置与喷孔位置重新绑定；
40.s4、打印当前层；
41.s5、重复步骤s1
‑
s4，继续打印下一层，直至打印完成；
42.所述喷墨头为阵列式喷墨头，包含若干喷孔；
43.步骤s2中，所述喷墨头偏移前后的可打印范围均覆盖3d打印机设计的打印范围。
44.本发明在每一层打印时都将喷墨头进行随机偏移，但是实际打印出来的图案的位置仍与喷墨头在偏移前打印出来的位置一致，打印的产品整体位置也与喷墨头不进行偏移时打印的产品整体位置一致，通过喷墨头随机偏移，将因喷孔缺陷带来的产品缺陷分散开来，使产品可以正常成形，解决了现有3d打印机在打印过程中容易因喷墨头的个别喷孔出现缺陷而导致打印的产品难以成形的问题，喷孔的缺陷包括喷孔位置重叠、喷孔缺失、喷孔堵塞和喷孔喷射方向歪斜等，本方法在喷孔正常时也可以使用，且不用进行硬件改造，推广成本低，适用性强，在喷孔出现缺陷时，无需更换喷墨头也可以使产品正常成形，且新喷墨头价格昂贵，能够有效节约成本；喷墨头更换繁琐耗时，本方法也可以节约更换喷墨头的时间。
45.喷墨头随机偏移，可以使喷孔随机偏移，每个喷孔在打印每一层时所对应的打印位置也是随机的；本方法适用于阵列式喷墨头的3d打印机；通过对喷墨头随机偏移的位置的限制，使喷墨头总是可以将产品在原位置打印成形，产品的原位置为喷墨头不进行偏移时，打印出来的产品的位置。
46.有缺陷的喷孔在打印时从头到尾总是对应一个打印位置，则相应的缺陷也会在同一个打印位置堆积；若喷孔的缺陷是喷孔堵塞了，无法出墨，则在这个喷孔的打印位置对应的地方，都会因喷孔无法出墨而出现打印空白，打印空白为一个点或几个点时，产品仍能正常成形，但是打印空白为一个面时，产品会裂开，难以成形；若喷孔的缺陷是两个喷孔打印位置重叠，则在这个打印位置上，出墨会过多，虽能成形，但是成形的产品会有较明显的缺陷，喷孔随机偏移后，多出墨的位置分散，分摊到每个打印位置对应的竖直方向上，其多喷的墨可以忽略，成形后对产品的影响也可以忽略；若喷孔的缺陷是喷孔内有杂质，使喷孔的喷射方向出现偏移，则会有两个位置出现缺陷，有杂质的喷孔对应的打印位置会出现打印空白，有杂质的喷孔实际打印的位置会出现出墨过多的缺陷，常规打印方法下，产品难以成形，将喷墨头偏移后，这两个打印缺陷都会分散，不会在其对应的竖直方向上堆积，缺陷分散到不同位置后，产品可以正常成形。
47.进一步地，每一层打印时，所述喷墨头的偏移方向沿x轴方向或y轴方向中的一种，x轴方向和y轴方向均为水平方向，且x轴方向和y轴方向相互垂直，喷墨头打印每一层时都随机选取方向偏移，更有利于打印缺陷的分散，成形效果更好。
48.进一步地，已知有缺陷的喷孔在阵列式喷墨头上的位置信息；步骤s4中，打印当前层时，若有缺陷的喷孔位置与打印前两层中任意一层时有缺陷的喷孔位置相同，则取消打印当前层，并返回步骤s1，避免连续打印的三层中的任意两层出现缺陷在同一竖直方向堆积的现象，使打印缺陷更分散，有利于打印产品的成形。
49.进一步地，3d打印机包括随机取整模块，在步骤s1中，由随机取整模块自动选取随机整数n。
50.进一步地，所述3d打印机包括三轴移动机构，用于驱动所述喷墨头沿x轴方向、y轴方向和z轴方向移动。
51.进一步地，所述z轴方向为竖直方向。
52.进一步地，步骤s4，打印完当前层后，3d打印机的成形工作台下降一个打印层厚的高度，使喷墨头和成形工作台之间的高度差与将要打印的下一层对应。
53.实施例2
54.以打印一个边长为10个喷孔的长度的正立方体为例，来说明本发明提供的一种3d打印机的喷墨头自动随机扰动的打印方法与常规打印方法(即喷墨头不随机扰动)的区别。
55.当喷孔没有缺陷时，采用常规打印方法(即喷墨头不随机扰动)和采用实施例1提供的一种3d打印机的喷墨头自动随机扰动的打印方法，效果相同，如图2所示，在yz平面看，所有打印区域内的每个点都正常打印，成形是成功的，然而喷墨头在长时间的使用后，经常会出现各种缺陷。
56.当第3个喷孔有缺陷时，采用常规打印方法(即喷墨头不随机扰动)进行打印，在yz平面看，打印效果如图3所示，产品在第3个喷孔对应的位置，成形缺陷在高度方向聚集，严重时会导致成形件在缺陷聚集的平面上裂开。
57.当第3个喷孔有缺陷时，采用实施例1提供的一种3d打印机的喷墨头自动随机扰动的打印方法进行打印，在yz平面看，打印效果如图4所示，因为喷孔有缺陷所以必然产生成形缺陷，但这些缺陷是离散分布的，成形可以正常进行。
58.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。