TWI610796B - 多模型自動組合列印之方法及其裝置 - Google Patents

Abstract

本揭露提供了一種多模型自動組合的三維列印之方法及其裝置。方法包含於三維印表機可列印之尺寸範圍內，將複數個小尺寸的立體列印模型做有機組合，接著使用三維印表機來列印組合後的立體列印模型，然後再拆解為複數個小尺寸的立體列印物件。

Description

多模型自動組合列印之方法及其裝置

本發明係關於列印技術，特別是關於一種立體列印模型的組合式三維列印方法及裝置。

立體列印是增材製造技術的一種形式，於增材製造技術中，立體列印物件是三維印表機透過輸出連續的物理層創建出來的。三維印表機相對於其他的增材製造技術而言，具有速度快，價格便宜，高易用性等優點。三維印表機是可以列印出真實三維物體的一種設備，功能上與雷射成型技術一樣，採用分層加工、疊加成形的方式，亦即透過逐層增加材料而生成立體列印物件，與傳統的去除材料加工技術完全不同。稱之為三維印表機是參照了噴墨印表機的技術原理，因為分層加工的過程與噴墨印表機的工作原理十分相似。

目前，三維印表機於進行立體列印物件的列印時，首先，需先取得立體列印物件的立體列印模型數據資料；然後，再依據立體列印物件的立體列印模型數據資料，採用預 先設置的通用列印參數資料，來進行立體列印；最後，得到立體列印物件。

透過立體列印模型來列印立體列印物件時，對於超出三維印表機列印尺寸的立體列印模型可分拆為多個立體列印模型，分別進行列印後，再進行組裝，得到最終的立體列印物件。但是，如果一個立體列印模型的尺寸遠遠小於三維印表機列印的尺寸範圍，在進行列印時，對三維印表機諸如時間、列印耗材及電能等的列印資源是一個浪費，且三維印表機在列印尺寸較小的立體列印模型時，其精度的控制也比較困難，使得三維列印得到的小尺寸的立體列印物件的列印品質下降。更進一步地，由於立體列印模型的輪廓差異極大，可能需要產生額外的外部支撐部件才能進行完整的列印，特別是對於小尺寸的立體列印模型更加如此，此舉將會產生大量的無用外部支撐部件，更增加了列印耗材及列印時間等列印資源。

本發明之一技術態樣是有關於一種立體列印物件的組合列印方法，該方法能够節省列印資源且提高小尺寸立體列印物件的列印質量。此外，本發明也提供一種立體列印物件的組合列印裝置，該裝置能够節省列印資源且提高小尺寸立體列印物件的列印質量。

根據本發明一或多個實施方式，一種多模型自動組合的三維列印之方法包含取得預定列印的複數個小尺寸立體列印模型的輪廓資料、於三維印表機的列印尺寸範圍內，計 算並取得複數個小尺寸立體列印模型可同時列印的組合方式、堆疊擺放處理組合方式內的複數個小尺寸立體列印模型成有機組合(organic combination)立體列印模型、列印該有機組合立體列印模型，獲致一有機組合立體列印物件以及拆解有機組合立體列印物件製成複數個小尺寸立體列印物件。取得預定列印的複數個小尺寸立體列印模型的輪廓資料是藉由分別對預定列印的複數個小尺寸立體列印模型進行輪廓分析，獲致複數個小尺寸立體列印模型的輪廓資料。根據輪廓資料，藉由迭代計算獲致複數個小尺寸立體列印模型中，可同時列印的複數個小尺寸立體列印模型。堆疊擺放處理該可同時列印的複數個小尺寸立體列印模型成有機組合立體列印模型，其中有機組合立體列印模型的組合方式是以有機組合複數個小尺寸立體列印模型的方式進行。

在本發明一或多個實施方式中，上述之取得預定列印的複數個小尺寸立體列印模型的輪廓資料的步驟包含：分別計算複數個小尺寸立體列印模型的外輪廓之長寬高尺寸，以及於各個小尺寸立體列印模型外輪廓連接面上查找可置放其它小尺寸立體列印模型的外輪廓的空間，且將連接立體列印模型外部的各個接口處大於其它小尺寸立體列印模型外輪廓空間的部分，作為可供其它小尺寸立體列印模型置放的輪廓空間，分別計算以取得包含複數個小尺寸立體列印模型的輪廓空間，作為複數個小尺寸立體列印模型的輪廓資料。該輪廓資料，可為複數個小尺寸立體列印模型的特徵曲線。

在本發明一或多個實施方式中，上述之取得預定列印的複數個小尺寸立體列印模型的輪廓資料的步驟包含使用投影輪廓方式取得複數個小尺寸立體列印模型的輪廓資料。

在本發明一或多個實施方式中，上述之堆疊擺放處理組合方式內的複數個小尺寸立體列印模型成有機組合立體列印模型之步驟還包含於確定組合方式內的複數個小尺寸立體列印模型的擺放方向後，對組合方式內的複數個小尺寸立體列印模型的特徵曲線使用識別比對演算法比對，以及進行堆疊擺放處理。

在本發明一或多個實施方式中，上述之堆疊擺放處理組合方式內的複數個小尺寸立體列印模型成有機組合立體列印模型的步驟更包含對有機組合立體列印模型內的複數個小尺寸立體列印模型之間的有機處進行連通性判定演算法，用以判斷複數個小尺寸立體列印模型之間是否有重疊的部分。

在本發明一或多個實施方式中，上述之堆疊擺放處理組合方式內的複數個小尺寸立體列印模型成有機組合立體列印模型的步驟還包含形成銜接支撐部件，用以銜接支撐有機組合立體列印模型內的複數個小尺寸立體列印模型。

在本發明一或多個實施方式中，上述之拆解有機組合立體列印物件製成複數個小尺寸立體列印物件的步驟包含進行拆解由銜接支撐部件銜接的複數個小尺寸立體列印物件，以及透過切片功能，拆解由銜接支撐部件銜接的複數個小尺寸立體列印模型。

根據本發明一或多個實施方式，一種多模型自動組合三維列印裝置包含獲取單元、模型輪廓分析單元、計算單元、堆疊擺放處理單元以及拆解建模單元。獲取單元用以獲取複數個小尺寸立體列印模型。模型輪廓分析單元用以分別對複數個小尺寸立體列印模型進行輪廓分析，藉此取得複數個小尺寸立體列印模型的輪廓資料。計算單元用以在三維列印裝置之列印尺寸範圍內，根據複數個小尺寸立體列印模型的輪廓資料，藉由迭代計算，獲致複數個小尺寸立體列印模型可同時列印的組合方式。堆疊擺放處理單元用以將複數個小尺寸立體列印模型依照迭代計算獲致的複數個小尺寸立體列印模型可同時列印之組合方式進行堆疊擺放處理後，獲致有機組合立體列印模型，並進行列印，得到有機組合立體列印物件。拆解建模單元用以拆解有機組合立體列印物件內互相銜接的複數個小尺寸立體列印物件，藉此得到複數個小尺寸立體列印物件。

在本發明一或多個實施方式中，上述之堆疊擺放處理單元更包含用以設置銜接支撐部件，於有機組合立體列印模型內的複數個小尺寸立體列印模型之間進行銜接支撐複數個小尺寸立體列印模型，以及拆解建模單元還用以拆解有機組合立體列印物件內的銜接支撐部件。

在本發明一或多個實施方式中，上述之拆解建模單元還用以經由設置的切片功能，拆解有機組合立體列印模型內互相銜接的複數個小尺寸立體列印物件。

由上述實施方式可以看出，本揭露所提供的方法及裝置，於三維印表機可列印之尺寸範圍內，將多個小尺寸的立體列 印模型做有機組合，接著使用三維印表機來列印組合後的立體列印物件，然後再拆解為多個小尺寸的立體列印物件。如此一來，即可減少在三維列印單一且小尺寸的立體列印物件時，所需的外部支撐部件，以減少列印耗材及列印時間等列印資源，由於三維印表機所列印的為多個立體列印模型組合成的立體列印物件，較適合三維印表機列印尺寸範圍，所以精度易於控制，也提高了列印出來再拆解的多個小尺寸之立體列印物件的列印品質。

101~106‧‧‧步驟

A‧‧‧立體列印模型

B‧‧‧立體列印模型

C‧‧‧立體列印模型

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：第1圖為本發明實施例提供的立體列印物件的組合列印方法流程圖。

第2圖為本發明實施例提供的立體列印物件的組合列印裝置結構示意圖。

第3圖為本發明實施例提供的一小尺寸的立體列印模型示意圖。

第4圖為本發明實施例提供的另一小尺寸的立體列印模型示意圖。

第5圖為本發明實施例提供的有機組合後的可以列印的小尺寸的立體列印模型結構示意圖。

以下將以圖式揭露本發明之複數個實施方式，為明確說明起見，許多實務上的細節將在以下敘述中一併說明。然而，應瞭解到，這些實務上的細節不應用以限制本發明。也就是說，在本發明部分實施方式中，這些實務上的細節是非必要的。此外，為簡化圖式起見，一些習知慣用的結構與元件在圖式中將以簡單示意的方式繪示之。

本發明實施例為了節省列印資源且提高小尺寸立體列印物件的列印質量，將複數個小尺寸立體列印模型在三維印表機列印尺寸範圍內的有機組合後，同時採用三維印表機列印，然後再拆解為複數個小尺寸的立體列印物件。

這樣，就可以減少單個小尺寸立體列印模型在立體列印時的外部支撐部件，減少列印耗材及列印時間等列印資源。更進一步地，由於三維印表機列印的為適合三維印表機列印尺寸範圍的組合的複數個立體列印模型，所以精度易於控制，提高了後續所列印出的經過拆解的複數個小尺寸的立體列印物件的列印質量。

第1圖為本發明實施例提供的立體列印物件的組合列印方法流程圖，其具體步驟如下所述。步驟101、獲取複數個小尺寸的立體列印模型。在步驟101中，小尺寸的立體列印模型是三維印表機預定列印的立體列印物件。步驟102、分別對所獲取預定列印之複數個小尺寸的立體列印模型進行輪廓分析，取得複數個小尺寸的立體列印模型的輪廓資料。在本發明一實施方式中，於步驟102中進行輪廓分析為分別對複數個小尺寸的立體列印模型進行解析，獲得各個立體列印模型的 外輪廓空間數據資料，其主要透過計算每個立體列印模型的外輪廓之長寬高尺寸，以及在外輪廓內查找與立體列印模型外部相同的內部空間，且將連通立體列印模型外部的接口處大於內部空間的部分作為輪廓空間，計算並取得最終的輪廓資料。在本發明另一實施方式中，於步驟102，可以採用投影輪廓方式獲得所述複數個小尺寸的立體列印模型的輪廓資料。

步驟103、在三維印表機列印尺寸範圍內，根據各個複數個小尺寸的立體列印模型的輪廓資料，透過迭代計算，得到其中可以同時列印的小尺寸的立體列印模型。步驟104、對所述可以同時列印的小尺寸的立體列印模型進行堆疊擺放處理後，獲致有機組合三維列印模型，有機組合三維列印模型的組合方式是以有機組合複數個小尺寸立體列印模型成可以同時列印的小尺寸的立體列印模型之方式進行。在步驟104中，進行堆疊擺放處理為對可以同時列印的小尺寸的立體列印模型之間的擺放位置及方向都進行相應處理，即確定可以同時列印的小尺寸的立體列印模型的擺放方向後，對可以同時列印的小尺寸的立體列印模型特徵曲綫採用識別比對算法比對，並進行堆疊處理。在本發明一實施方式中，於步驟104的堆疊處理過程，還可對有機組合後的可以同時列印的小尺寸的立體列印模型之間進行連通性判定處理，保證不會存在重疊部分。於步驟104中，是根據可以同時列印的小尺寸的立體列印模型的輪廓資料，進行堆疊擺放處理，以實現堆疊後的複數個立體列印模型之外輪廓可最小化。

步驟105、對有機組合後的可以同時列印的小尺寸的立體列印模型，同時進行列印，得到有機組合的小尺寸的立體列印物件。步驟106、對得到的有機組合的小尺寸的立體列印物件進行拆解，得到複數個小尺寸的立體列印物件。

在本發明實施例中，在步驟104中，所述有機組合後可以同時列印的小尺寸的立體列印模型還包括形成銜接支撐部件於可以同時列印的小尺寸的立體列印模型之間，用於對可以同時列印的小尺寸的立體列印模型之間進行銜接支撐。在步驟106中，根據銜接支撐部件銜接的有機組合的小尺寸的立體列印物件進行拆解。在本實施例中，所述銜接支撐為設置的易拆解的特殊形狀，比如為複數個連接的四邊菱形等等。

在本發明實施例中，在步驟104中，也可以不包括銜接支撐部件，此時，所述步驟106直接經由設置的切片功能對互相銜接的有機組合的小尺寸的立體列印物件進行拆解。

第2圖為本發明實施例提供的多模型組合立體列印物件的三維列印裝置結構示意圖，包括：獲取單元、模型輪廓分析單元、計算單元、堆疊擺放處理單元及拆解建模處理單元。獲取單元，用於獲取複數個小尺寸的立體列印模型。模型輪廓分析單元，用於分別對所獲取的複數個小尺寸的立體列印模型進行輪廓分析，得到所述複數個小尺寸的立體列印模型的輪廓資料。計算單元，用於在三維印表機列印尺寸範圍內，根據各個複數個小尺寸的立體列印模型的輪廓資料，藉由迭代計算，得到其中可以同時列印的小尺寸的立體列印模型之組合方 式。堆疊擺放處理單元，用於對所述可以同時列印的小尺寸的立體列印模型依照迭代計算取得的可以同時列印的小尺寸的立體列印模型之組合方式進行堆疊擺放處理後，得到有機組合立體列印模型，並進行列印，得到有機組合後的小尺寸的立體列印模型。拆解建模處理單元，用於拆解互相銜接的有機組合的小尺寸的立體列印物件，得到複數個小尺寸的立體列印物件。

在三維列印裝置中，堆疊擺放處理單元，還用於設置銜接支撐部件，對所述可以同時列印的小尺寸的立體模型之間進行銜接支撐。拆解建模處理單元，還用於根據銜接支撐部件銜接的有機組合的小尺寸的立體列印物件進行拆解。

在三維列印裝置中，拆解建模處理單元，還用於經由設置的切片功能，拆解銜接的有機組合的小尺寸的立體列印物件。

第3圖為本發明一實施例提供的小尺寸的立體列印模型示意圖，第4圖為本發明一實施例提供的另一小尺寸的立體列印模型示意圖。其中，第3圖和第4圖的外部虛綫框是三維印表機要列印本立體列印模型所需要的列印範圍，如果分別列印，對於第3圖所示的立體列印模型則需要產生大量的外部支撐部件才能做三維列印，對於第4圖所示的立體列印模型也需要產生大量的外部支撐部件才能做三維列印。因此，對第3圖和第4圖所示的立體列印模型分別進行輪廓分析，採用投影輪廓方式獲取每個立體列印模型的輪廓資料。根據得到的輪廓資料確定每個立體列印模型的特徵曲綫，並採用識別比對算 法，以二維空間中的拼圖方式對立體列印模型進行堆疊處理，得到如第5圖所示的有機組合後的可以列印的小尺寸的立體列印模型結構示意圖，第5圖中還包括了除了第3圖和第4圖所示的另一個立體列印模型A。在這個過程中，對三個立體列印模型之間的有機處均需要做連通性判定，以確保立體列印模型不存在重疊部分。完成堆疊處理後結合三維印表機特徵參數，對第5圖所示模型進行輪廓判定，得到銜接支撐部件，比如第5圖中的輪廓綫與水平角度很小的區域，如第5圖中的A、B、C之間的區域，則形成銜接支撐部件結構後，再進行列印。在後續進行拆解各個立體列印物件的拆解時，可以透過銜接支撐部件拆解。在這個情況下，在形成銜接支撐部件時，可以採用特殊的形狀，如連續的四邊菱形等，以有效地降低拆解難度。

從本發明實施例提供的方法及裝置可以看出，實現了單個三維印表機對複數個立體列印物件同時列印，一次列印出複數個立體列印物件；透過組合複數個小尺寸的立體列印模型，減少單個立體列印模型的外部輪廓支撐，減少耗材以及列印時間；得到的有機組合後的立體列印模型之間採用易拆解之銜接支撐部件，有效地實現立體列印後立體列印物件之間的拆解。

以上舉較佳實施例，對本發明的目的、技術方案和優點進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。

101~106‧‧‧步驟

Claims (10)

1. 一種多模型自動組合的三維列印方法，包含：取得預定列印的複數個小尺寸立體列印模型的一輪廓資料，藉由分別對預定列印的該些小尺寸立體列印模型進行一輪廓分析，取得該些小尺寸立體列印模型的該輪廓資料；於一三維印表機的一列印尺寸範圍內，根據該些小尺寸立體列印模型的該輪廓資料，藉由一迭代計算，獲致該些小尺寸立體列印模型中可同時列印的該些小尺寸立體列印模型；堆疊擺放處理該可同時列印的該些小尺寸立體列印模型，獲致一有機組合立體列印模型，該有機組合立體列印模型是依該堆疊擺放處理的一組合方式經有機組合後的該些小尺寸立體列印模型；以及列印該有機組合立體列印模型，獲致一有機組合立體列印物件。
2. 如申請專利範圍第1項所述之多模型自動組合的三維列印方法，其中該取得該些小尺寸立體列印模型的該輪廓資料的步驟包含：分別計算該些小尺寸立體列印模型的一外輪廓之一長寬高尺寸；以及於每一該些小尺寸立體列印模型的該外輪廓的一連接面上查找可置放其它該些小尺寸立體列印模型的該外輪廓的一空間，且將連接每一該些小尺寸立體列印模型外部的各接口 處大於其他該些小尺寸立體列印模型的該外輪廓的該空間的部分作為一可置放輪廓空間，分別計算該可置放輪廓空間以取得該些小尺寸立體列印模型的該輪廓資料。
3. 如申請專利範圍第1項所述之多模型自動組合的三維列印方法，其中該取得該些小尺寸立體列印模型的該輪廓資料的步驟包含使用一投影輪廓方式取得該些小尺寸立體列印模型的該輪廓資料。
4. 如申請專利範圍第1項所述之多模型自動組合的三維列印方法，其中該堆疊擺放處理該可同時列印的該些小尺寸立體列印模型的步驟包含：確定該可同時列印的該些小尺寸立體列印模型的一擺放方向；對該可同時列印的該些小尺寸立體列印模型的一特徵曲線使用一識別比對演算法進行比對；以及進行一堆疊處理。
5. 如申請專利範圍第4項所述之多模型自動組合的三維列印方法，其中該堆疊擺放處理該可同時列印的該些小尺寸立體列印模型的步驟更包含對該有機組合立體列印模型內該些小尺寸立體列印模型之間的一拼接處進行一連通性判定演算法。
6. 如申請專利範圍第1項所述之多模型自動組合的三維列印方法，其中該堆疊擺放處理該組合方式內的該些小 尺寸立體列印模型，獲致該有機組合立體列印模型的步驟包含形成一銜接支撐部件，用以銜接支撐該有機組合立體列印模型內的該些小尺寸立體列印模型。
7. 如申請專利範圍第1項所述之多模型自動組合的三維列印方法，其中該列印該有機組合立體列印模型，獲致該有機組合立體列印物件的步驟包含拆解該有機組合立體列印物件成該些小尺寸立體列印物件。
8. 一種多模型自動組合三維列印裝置，包含：一獲取單元，用以獲取複數個小尺寸立體列印模型；一模型輪廓分析單元，用以分別對該些小尺寸立體列印模型進行一輪廓分析，藉此取得該些小尺寸立體列印模型的一輪廓資料；一計算單元，用以在三維列印裝置之一列印尺寸範圍內，根據該些小尺寸立體列印模型的該輪廓資料，藉由一迭代計算，獲致可同時列印的該些小尺寸立體列印模型；以及一堆疊擺放處理單元，用以將該可同時列印的該些小尺寸立體列印模型進行一堆疊擺放處理後，獲致一有機組合立體列印模型，並進行列印，得到一有機組合立體列印物件。
9. 如申請專利範圍第8項所述之多模型自動組合三維列印裝置，其中該堆疊擺放處理單元更包含用以設置一銜接支撐部件，於該有機組合立體列印模型內的該些小尺 寸立體列印模型之間進行銜接支撐該些小尺寸立體列印模型。
10. 如申請專利範圍第8項所述之多模型自動組合三維列印裝置，更包含一拆解建模單元，經由設置的一切片功能，拆解該有機組合內互相銜接的該些小尺寸立體列印物件。