組合成品功能零部件的3d打印的制作方法
【專利摘要】一種組合成品功能零部件的3D打印，包括：在欲打印工件數(shù)字模型及其數(shù)字切片里標(biāo)識3D打印可打出的功能零部件空間和不能打印的功能零部件空間，依據(jù)上述標(biāo)識數(shù)據(jù)，3D打印以適當(dāng)工藝、材料，將可打的功能零部件打出，將不能打出的功能零部件的空間，以非成型粉材、光敏樹脂液體或支撐物填充，或打印成假模(替身模)；其后，清除非成型粉材、光敏樹脂、支撐物和假模(替身模)，將3D打印的功能零部件，與3D打印無法打出的傳統(tǒng)制造的功能零部件，依數(shù)字設(shè)計(jì)模型準(zhǔn)確組合、連接，得到數(shù)字模型預(yù)期的、具全部功能的物理實(shí)體。組合成品功能零部件的3D打印，將傳統(tǒng)制造與3D打印結(jié)合起來，成為數(shù)字世界與物理世界、想象與現(xiàn)實(shí)的溝通橋梁，適用于從微型機(jī)器人到汽車、飛機(jī)的3D打印制造。
【專利說明】組合成品功能零部件的3D打印
【技術(shù)領(lǐng)域】:
[0001]本發(fā)明涉及3D打印技術(shù)。
【背景技術(shù)】:
[0002]正在風(fēng)靡全球的3D打印技術(shù)，被學(xué)者描述為“19世紀(jì)的思想，20世紀(jì)的技術(shù)，21世紀(jì)的市場”。它起源于19世紀(jì)的美國，在20世紀(jì)80年代獲得重大進(jìn)展，隨后許多發(fā)達(dá)國家大力跟進(jìn)，紛紛展開研究，遂洞開了一扇神奇的制造業(yè)大門，近年我國也開始高度重視3D打印技術(shù)，并把它納入了國家發(fā)展戰(zhàn)略。
[0003]3D打印區(qū)別于傳統(tǒng)制造的根本性特點(diǎn)是增材制造，簡而言之，首先，它由電腦輔助設(shè)計(jì)CAD或通過逆向工程對實(shí)物作光學(xué)掃描或CT/MRI/PET掃描，獲取欲打印對象(工件)的三維結(jié)構(gòu)數(shù)字模型，然后再完成一系列欲加工件數(shù)字模型的二維數(shù)字切片，并將這些切片信息輸入3D打印機(jī)，3D打印機(jī)通過各種打印工藝和特定材料，將逐一打印的薄層一層層堆疊起來，直到欲加工件(打印件)整個(gè)實(shí)體成型，得到數(shù)字模型所期望的物理實(shí)體。
[0004]隨著3D打印技術(shù)快速發(fā)展，學(xué)者和工程師們推出了一系列的3D打印自由成型工藝，如傳統(tǒng)的熔融沉積成型(FDM)，噴墨粘粉成型(3DP)，以及選擇性激光燒結(jié)成型(SLS)，激光固化成型(SLA)，分層實(shí)體制造成型(LOM)，各種微滴噴射成型(TDP等)，直接金屬激光燒結(jié)成型(DMLS)，熔絲制造成型(FFF)，電子束熔化成型(EBM)，選擇性熱燒結(jié)成型(SHS)，等等。新的打印技術(shù)還在不斷涌現(xiàn)，甚至還有人推出了所謂4D (包括時(shí)間維)打印技術(shù)。這些五花八門的3D打印技術(shù)，適應(yīng)了由信息技術(shù)、電子和微電子技術(shù)、材料技術(shù)等所共同推動的所謂“新工業(yè)革命”的需要。
[0005]3D打印自由成型技術(shù)自20世紀(jì)80年代后的迅猛發(fā)展，為工業(yè)制造、航天航空、醫(yī)療醫(yī)藥、建筑設(shè)計(jì)、文物保護(hù)、食品加工、飾品配件、娛樂文化、科研教育等眾多領(lǐng)域，提供了似乎無所不能的強(qiáng)大工具，展開了許多聞所未聞、極具誘惑的應(yīng)用前景，媒體和專家一片叫好。3D打印的先驅(qū)者手持早期3D打印成型件說:“我手里握著制造業(yè)的未來?！眾W馬馬總統(tǒng)也說:“3D打印將為幾乎所有產(chǎn)品的制造方式帶來革命性的變化?！辈簧賹W(xué)者認(rèn)為，3D打印技術(shù)“掀開了第三次工業(yè)革命的序幕”。一些媒體和專家聲稱，只要人們能以3D數(shù)字模型表示一個(gè)對象物(設(shè)計(jì)模型)，3D打印就能把它變?yōu)橐粋€(gè)實(shí)體。也就是說，“只要能設(shè)計(jì)出來，就能打印出來”。
[0006]不錯(cuò),3D打印確實(shí)洞開了 一扇神奇的制造大門，給設(shè)計(jì)、制造、建筑、醫(yī)學(xué)、科研、教育、文化、娛樂、食品、裝飾品和形形色色行業(yè)的創(chuàng)新性、個(gè)性化、復(fù)雜性、單體性、試錯(cuò)性、應(yīng)急性產(chǎn)品的研發(fā)或?qū)崿F(xiàn)，提供了幾乎是無限的可能性。
[0007]不過，面對媒體和專家天花亂墜的3D打印宣傳，質(zhì)疑之聲也紛至沓來。
[0008]臺灣著名企業(yè)家郭臺銘，就是給吹得神乎其神的3D打印大潑冷水的人物之一，郭臺銘公開表示，他不看好3D打印，他認(rèn)為，關(guān)于3D打印的宣傳大多只是嘩眾取寵的噱頭，3D打印中看不中用。
[0009]事實(shí)上，3D打印的確受到許多重大的、根本性的限制，這些難于克服的限制或者來自自然規(guī)律，或者來自3D打印工藝自身，或者來自欲加工件各種零部件加工方式、加工工藝、加工材料、加工特性，它們嚴(yán)重制約了 3D打印技術(shù)的發(fā)展前景，這使許多3D打印產(chǎn)品只能做到與設(shè)計(jì)模型形似而不能做到神似，外觀好看，但不具功用性，如同大大小小的玩具和模型。聲稱可以隨心所欲打印出汽車、飛機(jī)、房屋……，和一切想象的結(jié)構(gòu)復(fù)雜的實(shí)體，多半都只是夢想和噱頭。3D打印無法挑戰(zhàn)傳統(tǒng)制造的主導(dǎo)地位。 [0010]3D打印受到的根本性限制包括:
[0011].3D打印受到自然規(guī)律比如重力的限制:如果不是在太空無重力條件下打印，那么，3D打印必須以粉材或其它特定材料做為欲打印工件的懸臂或空腔部分的支撐來克服重力。因此，在存在重力的條件下，有些簡單的設(shè)計(jì)模型也是目前的3D打印加工不出來的。
[0012].3D打印受到欲打印件數(shù)字設(shè)計(jì)模型各零部件所應(yīng)具有的不同物理、化學(xué)、生化特性、人的加工工藝特性、和自身不同功能特性的限制:3D打印欲在一次成型中快速復(fù)制各零部件由材料混合、冶煉、溫控、機(jī)械加工、化學(xué)反應(yīng)、熱處理、預(yù)應(yīng)力處理等所帶來的金相特性、機(jī)械特性、電磁特性、化學(xué)特性乃至生命特性等等，以及一次成型如電機(jī)、引擎、曲軸、彈簧、預(yù)應(yīng)力梁、電子器件、電子芯片等各種零部件所具有的各自不同的功能特性、加工精密度、以及相互間在效用和經(jīng)濟(jì)上的最優(yōu)匹配，其復(fù)雜程度都遠(yuǎn)非簡單的3D打印所能勝任，它根本不可能把不同零部件不同功能特性所體現(xiàn)的千千萬萬種不同的、有區(qū)別的物理、化學(xué)、生化特性和人類復(fù)雜加工工藝特性即由材料技術(shù)、制造技術(shù)、信息技術(shù)和生命科學(xué)技術(shù)所創(chuàng)造的特性，由簡單、笨拙、只具幾個(gè)幾十個(gè)噴頭幾百個(gè)噴嘴的3D打印一次打印出來，打印的難度猶如登天。事實(shí)上，3D打印連一個(gè)簡單的彈簧墊圈都打印不出來，更不用說交通工具上常用的減震裝置，各種大型建筑上的預(yù)應(yīng)力構(gòu)件，和晶體管集成度以摩爾定律指數(shù)翻番的現(xiàn)代電子芯片了。即使在極具發(fā)展前景的醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，除了打印骨植入物、活性軟骨、牙齒、假肢等確具有極大優(yōu)越性外，在生物打印的關(guān)鍵領(lǐng)域，利用干細(xì)胞和分化細(xì)胞打印組織和器官(組織工程、細(xì)胞工程)，目前和未來相當(dāng)時(shí)間，都只能停留在最低水平進(jìn)行探索，極其復(fù)雜的自然生命生長發(fā)育過程，對于人類仍然是個(gè)未解的宇宙之謎。故此，它嚴(yán)重限制了生物打印的所有最大膽的想入非非，它始終是簡單3D打印難于逾越的鴻溝。生命的自然生長發(fā)育過程，將始終是所謂3D生物打印難以模仿、無法替代的真正主角。
[0013].3D打印受到欲打印工件各零部件所含多材料成分的限制:3D打印目前使用的“墨水”和粉材、光敏樹脂或其它材料相當(dāng)有限，充其量也就上百種，與之相關(guān)聯(lián)的3D打印工藝也就數(shù)十種，根本無法適應(yīng)欲打印工件各零部件所可能包含的數(shù)以百計(jì)、千計(jì)不同材料成分(如金屬、礦物、化合物、橡膠、塑料、玻璃、陶瓷、木材、生物細(xì)胞等)及更大數(shù)量不同配比混合材料的要求。3D打印依據(jù)單種或少數(shù)幾種材料，只能在非常有限的范圍內(nèi)打印出功能部件或低質(zhì)量功能部件(功能陶瓷部件、功能機(jī)電部件、功能生物部件等)。絕大多數(shù)情形下，只能打印出形似而非神似的、不具實(shí)際功用的模型。象汽車和飛機(jī)，具有數(shù)以萬計(jì)、十萬計(jì)的不同零部件和包含有數(shù)以百計(jì)乃至更多的不同材料成分，3D打印想一次成型整部、整架具功能且安全、可靠、實(shí)用的汽車和飛機(jī)，只是癡心妄想。即使目前3D打印各種工藝綜合起來能提供打印汽車、飛機(jī)所需全部“墨水”、粉材、光敏樹脂和其它支撐材料，3D打印所需數(shù)以百計(jì)、千計(jì)的噴頭噴嘴和配套的不同成型工藝設(shè)備，在3D打印機(jī)有限空間的布設(shè)和相互兼容，都是根本無法解決的難題。對于傳統(tǒng)的最成熟的粉末粘接、選擇性激光燒結(jié)、立體光固化成型等工藝，只要欲打印工件數(shù)字模型的某個(gè)數(shù)字切片包含有兩個(gè)以上不同材料構(gòu)成的零部件區(qū)域，這些最成熟的工藝就愛莫能助，打印無法進(jìn)行。
[0014]-3D打印受到各種不同打印工藝、不同打印材料，不同加工精度無法或難于兼容的限制:五花八門的不同3D打印工藝常常無法在同一臺3D打印機(jī)上兼容，所使用材料、工藝方法、加工精度都使它們彼此無法兼容，甚至同一工藝所使用不同材料也無法在一臺3D打印機(jī)上兼容。這樣，即便某些功能零部件可由某些3D打印機(jī)打出，可是，要想讓一臺3D打印機(jī)打印出具許多功能零部件的工件，顯然是根本辦不到的。
[0015]以上所述，只是3D打印所面臨的許多根本限制的一部分。由此可知，認(rèn)為3D打印提供了一把打開未來制造業(yè)神奇大門的萬能鑰匙，無所不能，實(shí)際上只是幻想。根據(jù)以上所述3D打印所受種種限制，所謂3D打印無所不能的神話必然破滅。人們至多能夠盡量縮小這些限制，從而實(shí)際拓展3D打印技術(shù)空間，推出富有想象力和潛力但同時(shí)又順應(yīng)自然規(guī)律和人類加工工藝特性限制的現(xiàn)實(shí)的3D打印技術(shù)。
[0016]我們已經(jīng)知道，對于一項(xiàng)欲打印工件的數(shù)字設(shè)計(jì)模型，無論這個(gè)數(shù)字模型是由計(jì)算機(jī)CAD設(shè)計(jì)軟件提供，還是依據(jù)逆向工程對實(shí)物做光學(xué)掃描或CT/MRI/PET掃描數(shù)據(jù)提供，對于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、由許多功能零部件組成的數(shù)字發(fā)計(jì)模型，象微型機(jī)器人、手機(jī)、電腦、汽車、飛機(jī)、房屋等等，絕大多數(shù)情形下，作為單機(jī)打印的3D打印都是無法勝任的。3D打印只能完成在自然規(guī)律限制和零部件加工工藝特性及3D打印機(jī)自身工藝特性限制下能勝任的部分。也就是說，絕大多數(shù)情形下，3D打印必需和成品功能零部件組合，才能將復(fù)雜數(shù)字設(shè)計(jì)模型通過打印(準(zhǔn)確說是局部打印、半打印)轉(zhuǎn)變?yōu)閷?shí)用的、功能性的實(shí)體。這里的成品功能零部件，可以是傳統(tǒng)制造的成品功能零部件，也可以是特定3D打印機(jī)特定工藝3D打印成型的某些合格功能零部件。所以，組合成品功能零部件(這些成品功能零部件來自傳統(tǒng)制造或來自特定3D打印機(jī)特定工藝3D打印成型)的3D打印，是傳統(tǒng)制造與想象的神奇3D打印的必然綜合，它是3D打印制造與傳統(tǒng)制造的連接橋梁，它把3D打印個(gè)性化、復(fù)雜化、高難度且制造成本低、研制周期短、生產(chǎn)效率高及高創(chuàng)新能力、高試錯(cuò)能力、高應(yīng)急能力與傳統(tǒng)制造的批量化、規(guī)?；?、精細(xì)化和高質(zhì)量化、高功能化等優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來，強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)手，取長補(bǔ)短。故此，無論3D打印技術(shù)未來如何發(fā)展，組合成品功能零部件的3D打印(3D局部打印)，應(yīng)能支撐起未來3D打印世界的半邊天空。

【發(fā)明內(nèi)容】
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[0017]由于3D打印受到自然規(guī)律、欲打印工件所包含零部件功能特性和3D打印工藝自身特性的限制，故此，3D打印在依據(jù)數(shù)字模型打印實(shí)用的、具功能的物理實(shí)體時(shí)，絕大多數(shù)情形下必須和成品功能零部件組合，以事實(shí)上的組合成品功能零部件的3D打印(準(zhǔn)確說是3D局部打印)，來將復(fù)雜數(shù)字設(shè)計(jì)模型轉(zhuǎn)變?yōu)閷?shí)用的、具功能的實(shí)體。所以，組合成品功能零部件的3D打印，是將數(shù)字世界與物理世界，想象世界與現(xiàn)實(shí)世界真實(shí)聯(lián)接起為的橋梁。組合成品功能零部件的3D打印，是3D打印不得不做出的現(xiàn)實(shí)選擇。
[0018]本發(fā)明“組合成品功能零部件的3D打印”技術(shù)方案是這樣的:一種組合成品功能零部件的3D打印，包括:①對欲打印工件數(shù)字設(shè)計(jì)模型進(jìn)行打印標(biāo)識3D打印中心依據(jù)數(shù)字設(shè)計(jì)模型的打印標(biāo)識進(jìn)行3D打印3D打印中心承擔(dān)主要打印任務(wù)的主機(jī)3D打印的主要功能零部件與假模(替身模)的臨時(shí)組合；④主機(jī)3D打印的主要功能零部件集合；③3D打印中心的其它特定工藝3D打印機(jī)輔助打出的功能零部件；?依據(jù)數(shù)字設(shè)計(jì)模型將主機(jī)3D打印的主要功能零部件集合和其它輔助3D打印機(jī)打印的功能零部件與其它傳統(tǒng)制造成品功能零部件準(zhǔn)確組合、連接，得到數(shù)字設(shè)計(jì)模型預(yù)期的、具全部功能特性的物理實(shí)體；⑦建立支持本發(fā)明組合成品功能零部件的3D打印的3D打印研究、開發(fā)與應(yīng)用中心。
[0019]所述①對欲打印工件數(shù)字設(shè)計(jì)模型進(jìn)行打印標(biāo)識，其特征是:欲打印工件的數(shù)字設(shè)計(jì)模型，不管是取自計(jì)算機(jī)CAD建模軟件，還是取自逆向工程對實(shí)物所做光學(xué)掃描、或CT/MRI/PET掃描數(shù)據(jù)，其中所含某些零部件出于自然規(guī)律、或這些零部件加工特性、或3D打印自身工藝特性限制，無法由3D打印加工成功能零部件，這些零部件所占空間，標(biāo)識為非成型粉材或光敏樹脂液體填充區(qū)，或留空區(qū)，或供特定材料打印的假模(替身模)區(qū)，假模(替身模)僅與原部件幾何尺寸相似，不涉內(nèi)部結(jié)構(gòu)和功能；數(shù)字設(shè)計(jì)模型里其它可由3D打印成功能零部件的零部件空間，標(biāo)識為3D打印能夠打印成功能零部件的空間，且分別標(biāo)識不同零部件幾何尺寸，所要求的相同或不同的材料，適用而且在整個(gè)打印過程中相互匹配兼容或不匹配兼容的、特定3D打印工藝或方法；依據(jù)這種標(biāo)識，再進(jìn)一步把這些3D打印可以加工的功能零部件，標(biāo)識和分配給3D打印中心承擔(dān)主要打印任務(wù)的主機(jī)和相關(guān)的具特定3D打印工藝的輔助3D打印機(jī)；同時(shí)，由3D打印中心輔助3D打印機(jī)各自加工的功能零部件在數(shù)字模型中所占空間，在主機(jī)的打印標(biāo)識中，也標(biāo)識為主機(jī)無法打印的零部件和粉材、或光敏樹脂液體填充區(qū)，或留空區(qū)，或以特定材料打印的假模(替身模)區(qū)；數(shù)字設(shè)計(jì)模型中的標(biāo)識，在數(shù)字切片中也相應(yīng)一一進(jìn)行標(biāo)識；最后將數(shù)字設(shè)計(jì)模型的3D打印標(biāo)識數(shù)據(jù)，輸入3D打印中心計(jì)算機(jī)。
[0020]所述②3D打印中心依據(jù)數(shù)字設(shè)計(jì)模型的打印標(biāo)識進(jìn)行3D打印，其特征是:對于數(shù)字設(shè)計(jì)模型標(biāo)識為可以打出功能零部件的部分，由3D打印中心承擔(dān)主要打印任務(wù)的主機(jī)和輔助的、不兼容的其它3D打印機(jī)，各自打出標(biāo)識分配給自己的功能零部件；對于數(shù)字設(shè)計(jì)模型標(biāo)識為不可打印的功能零部件，承擔(dān)主要打印任務(wù)的主機(jī)，和牽涉到這種不可打印零部件問題的相關(guān)輔助3D打印機(jī)，以粉材、或光敏樹脂液體填充其空間，或留下空間，或以特定材料將其打印成易于分離的假模(替身模)；對于3D打印中心主機(jī)來說，數(shù)字設(shè)計(jì)模型標(biāo)識為其它特定工藝3D打印機(jī)才能打出的功能零部件所占空間，主機(jī)打印時(shí)，也以不能打印成功能零部件將此空間以粉材、或光敏樹脂液體填充，或留下空間，或以特定材料將其打印成假模(替身模)。
[0021]所述③承擔(dān)主要打印任務(wù)的主機(jī)3D打印的主要功能零部件與假模(替身模)的臨時(shí)組合，其特征是:清除主機(jī)打印工件里非成型粉材、或光敏樹脂液體或支撐材料，剩下的即主機(jī)打印的全部主要功能零部件和主機(jī)沒法打印的所有零部件的假模(替身模)的臨時(shí)組合體；主機(jī)沒法打印的零部件包括前述①標(biāo)識為3D打印無法打出的所有功能零部件，以及①標(biāo)識為3D打印可以打出，但不是由該主機(jī)，而是標(biāo)識為其它特定工藝3D打印機(jī)可以打出的所有零部件。
[0022]所述④主機(jī)3D打印的主要功能零部件集合，其特征是:清除主機(jī)3D打印工件里所有假模(替身模)，剩下的即主機(jī)3D打印就欲打印工件數(shù)字設(shè)計(jì)模型標(biāo)識和分配給它打出的全部主要功能零部件集合，這個(gè)主要功能零部件集合為后續(xù)組合和連接傳統(tǒng)制造的成品功能零部件和3D打印中心其它輔助3D打印機(jī)打印的功能零部件提供了結(jié)構(gòu)框架。
[0023]所述⑤3D打印中心的其它特定工藝3D打印機(jī)輔助打出的功能零部件，其特征是:對于數(shù)字設(shè)計(jì)模型標(biāo)識為3D打印可以完成，但不是由主機(jī)而是由3D打印中心其它特定工藝3D打印機(jī)輔助打印，并分配給這些相關(guān)打印機(jī)，它們依數(shù)字模型標(biāo)識打印分配給自己的功能零部件；若這些零部件中包含有數(shù)字設(shè)計(jì)模型標(biāo)識為3D打印無法打出的功能零部件部分，則輔助3D打印機(jī)打印這些功能零部件時(shí)，也把該無法打印的部分以粉材或光敏樹脂液體填充，或留空區(qū)，或以特定材料打印成易于分離的假模(替身模)。
[0024]所述⑥依據(jù)數(shù)字設(shè)計(jì)模型將主機(jī)3D打印的主要功能零部件集合與其它傳統(tǒng)制造的成品功能零部件和3D打印中心其它輔助3D打印機(jī)打印的功能零部件準(zhǔn)確組合、連接:其特征是:依據(jù)數(shù)字設(shè)計(jì)模型，將上述3D打印中心主機(jī)3D打印的主要功能零部件集合，與數(shù)字設(shè)計(jì)模型標(biāo)識為不可打印的傳統(tǒng)制造的成品功能零部件、以及數(shù)字設(shè)計(jì)模型標(biāo)識為3D打印可以打出、但非主機(jī)3D打印而是由3D打印中心其它輔助3D打印機(jī)工藝打出的功能零部件，準(zhǔn)確組合，連接，連接方式可以是焊接，粘接，接口連接，激光燒結(jié)，機(jī)械連接，電氣連接等等，得到數(shù)字設(shè)計(jì)模型欲打印工件預(yù)期的、具全部設(shè)計(jì)功能的整體物理實(shí)體。
[0025]所述⑦建立支持本發(fā)明組合成品功能零部件的3D打印的3D打印研究開發(fā)與應(yīng)用中心，其特征是:建立由各種不同工藝3D打印機(jī)組成的3D打印研究開發(fā)與應(yīng)用中心，以聯(lián)機(jī)方式，共同承擔(dān)數(shù)字設(shè)計(jì)模型標(biāo)識為3D打印可以加工的功能零部件的3D打印工作，高效率地同時(shí)打印標(biāo)識給各相關(guān)3D打印機(jī)的功能零部件，最大限度解決單一 3D打印機(jī)無法加工各種不同功能零部件的難題，將3D打印的創(chuàng)新性、試錯(cuò)性、個(gè)性化、應(yīng)急性、高效率、低成本等優(yōu)越性與傳統(tǒng)制造的諸優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來，適應(yīng)新工業(yè)革命對3D打印提出的要求。
[0026]以上是本發(fā)明“組合成品功能零部件的3D打印”的基本內(nèi)容。有理由認(rèn)為，這種組合成品功能零部件的3D打印，將傳統(tǒng)制造與3D打印各自優(yōu)點(diǎn)最大限度結(jié)合起來，取長補(bǔ)短，優(yōu)勢互補(bǔ)，從而為未來3D打印技術(shù)的發(fā)展，在許多研究和應(yīng)用領(lǐng)域，提供了現(xiàn)實(shí)可行的基本工藝框架，尤其適用于中、小、微型復(fù)雜組合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工件的3D打印。
[0027]下面結(jié)合實(shí)施例和附圖，對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0028]實(shí)施例我們選擇媒體廣為宣傳但無法令人信服的3D打印汽車。我們知道，象普通小轎車也包含上萬個(gè)甚至更多具功能的零部件，它們由數(shù)十上百種不同的材料組成，如果要用3D打印打印出實(shí)用的、具全部功能的汽車，而不僅僅只是一個(gè)里里外外零部件形似的、中看不中用的模型，事實(shí)上目前和以后的3D打印都是無法完成的。汽車上所使用的彈簧墊圈、減震器上的某些彈性部件，高質(zhì)量、長壽命的發(fā)動機(jī)，直至GPS導(dǎo)航等電子設(shè)備所使用的電子芯片，都是3D打印無能為力的。故此，欲3D打印汽車，它就必須采用組合成品功能零部件的3D打印工藝，才能得到實(shí)用的而又經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、安全、可靠、長壽具全部功能特性的汽車。
【專利附圖】

【附圖說明】:
[0029]圖1.組合成品功能零部件3D打印汽車示意圖，其中汽車為透視圖。
【具體實(shí)施方式】:
[0030]實(shí)施例:以組合成品汽車功能零部件3D打印工藝打印汽車。
[0031]為簡要說明本發(fā)明組合成品汽車功能零部件的3D打印汽車工藝，我們假定汽車底盤上的彈簧墊圈、減震器的某些彈性部件，高質(zhì)量、高壽命的發(fā)動機(jī)，電氣系統(tǒng)中GPS導(dǎo)航等電子設(shè)備使用的電子芯片，等等，是3D打印無法打出的，必須采用傳統(tǒng)制造的合格成品。除以之外，汽車的其它零部件，如底盤、車身、電氣系統(tǒng)的零部件，假定是特定的3D打印工藝能夠打出的。
[0032]在對汽車構(gòu)造和各種3D打印工藝做過評估后，我們設(shè)定3D打印中心某臺3D打印機(jī)承擔(dān)主要打印任務(wù)，打印出它能打印的主要功能零部件底盤，3D打印中心的其它特定工藝的3D打印機(jī)，輔助主機(jī)打印其它3D打印能打出的剩余功能零部件車身、電氣系統(tǒng)的零部件。
[0033]一種組合汽車成品功能零部件的3D打印汽車，如圖1所示，包括:①對欲打印工件汽車(I)數(shù)字設(shè)計(jì)模型(2)進(jìn)行打印標(biāo)識(3)。②3D打印中心依據(jù)汽車數(shù)字設(shè)計(jì)模型(2)的打印標(biāo)識(3)進(jìn)行3D打印汽車。③3D打印中心承擔(dān)主要打印任務(wù)的主機(jī)3D打印的汽車主要功能零部件底盤(8)與假模(替身模)(14)的臨時(shí)組合。④主機(jī)3D打印的汽車主要功能零部件底盤集合(11)。⑤3D打印中心其它特定工藝3D打印機(jī)輔助打出的汽車功能零部件車身、電氣系統(tǒng)(12、13)。⑥將主機(jī)3D打印的汽車功能零部件底盤集合(11)和其它輔助3D打印機(jī)打印的汽車功能零部件車身、電氣系統(tǒng)(12、13)與其它傳統(tǒng)制造的成品汽車功能零部件發(fā)動機(jī)等(6)進(jìn)行組合、連接(5)，得到汽車數(shù)字設(shè)計(jì)模型(2)預(yù)期的、具全部功能特征的汽車物理實(shí)體(15)。⑦建立支持本發(fā)明組合汽車(I)成品功能零部件發(fā)動機(jī)等
(6)的3D打印汽車(15)的3D打印研究、開發(fā)與應(yīng)用中心。
[0034]所述①對欲打印工件汽車⑴數(shù)字設(shè)計(jì)模型(2)進(jìn)行打印標(biāo)識⑶，出于自然規(guī)律限制、零部件功能特性限制和3D打印工藝限制，汽車數(shù)字設(shè)計(jì)模型(2)中四大部分發(fā)動機(jī)、底盤、車身、電氣系統(tǒng)中有些功能零部件是3D打印無法打出的，依本實(shí)施例的前述假定，它們是高質(zhì)量高壽命的發(fā)動機(jī)，汽車底盤上的彈性部件、彈簧墊圈、電氣系統(tǒng)里使用的電子芯片等，那么，這些3D打印無法打出的功能零部件，在汽車數(shù)字設(shè)計(jì)模型里，需標(biāo)識為3D打印無法打出、必須采用傳統(tǒng)制造的汽車成品功能零部件，這些零部件所占空間(7)，應(yīng)標(biāo)識為3D打印以粉材、或光敏樹脂液體的填充區(qū)(7)、或留空區(qū)(7)、或以特定材料打印成易分離的假模(替身模)區(qū)(7)，假模(替身模)(14)與原功能零部件如發(fā)動機(jī)等(6)僅幾何尺寸外形輪廓相似，不涉內(nèi)部結(jié)構(gòu)更不涉功能。3D打印能夠打印成功能零部件的那些零部件所占空間，如底盤(8)、車身(10)、電氣系統(tǒng)、電器與電子器件(9)排除前述假定不可打印的零部件電子芯片等(6)外的剩余零部件所占空間(9)，應(yīng)標(biāo)識為3D打印能夠打印成功能零部件的空間(8、9、10)，且分別標(biāo)識不同零部件的幾何尺寸，所要求的相同或不同的材料，適用而且在整個(gè)打印過程中相互匹配兼容或不匹配不兼容的特定3D打印工藝或方法。依據(jù)這種標(biāo)識，再進(jìn)一步把這些3D打印可以加工的汽車功能零部件底盤、車身、電氣系統(tǒng)(8、9、10)，標(biāo)識和分配給3D打印中心承擔(dān)主要打印任務(wù)的主機(jī)和相關(guān)的具特定3D打印工藝的輔助3D打印機(jī)。在本實(shí)施例中，我們不妨指定底盤(8)由主機(jī)打印，車身(10)和電器系統(tǒng)(9)可3D打印零部件(9、10)，由其它具特定工藝的輔助3D打印機(jī)打印。同時(shí)，由3D打印中心輔助3D打印機(jī)各自加工的功能零部件車身、電氣系統(tǒng)在汽車數(shù)字設(shè)計(jì)模型中所占空間(9、10)，在主機(jī)的打印標(biāo)識中，也標(biāo)識為主機(jī)無法打印的零部件(14)和粉材、或光敏樹脂液體填充區(qū)(14)，或留空區(qū)(14)，或以特定材料打印的假模(替身模)區(qū)(14)。分配給輔助3D打印機(jī)打印的功能零部件車身、電氣系統(tǒng)(9、10)，若包含有3D打印無法打出的功能零部件如彈簧墊圈或電了芯片等，那么，汽車數(shù)字設(shè)計(jì)模型里標(biāo)識為輔助3D打印機(jī)打印的該功能零部件電氣系統(tǒng)(9)所含3D打印無法打出的功能零部件電子芯片，也應(yīng)將此無法打出的功能零部件電子芯片空間(7)標(biāo)識為粉材、光敏樹脂液體填充區(qū)(14)，或留空區(qū)(14)，或以特定材料打印的假模(替身模)區(qū)(14)。汽車數(shù)字設(shè)計(jì)模型中的上述標(biāo)識，在數(shù)字切片中也相應(yīng)一一標(biāo)識。最后，將數(shù)字設(shè)計(jì)模型的3D打印標(biāo)識數(shù)據(jù)，輸入3D打印中心的計(jì)算機(jī)。
[0035]所述②3D打印中心依據(jù)汽車數(shù)字設(shè)計(jì)模型(2)的打印標(biāo)識(3)進(jìn)行3D打印汽車，對于汽車數(shù)字設(shè)計(jì)模型標(biāo)識為可以打出功能零部件的部分(8、9、10)，如底盤、車身、電氣系統(tǒng)排除掉3D打印無法打出的零部件(7)所剩下的零部件(8、9、10)，3D打印中心承擔(dān)主要打印任務(wù)的主機(jī)和輔助的不兼容的其它3D打印機(jī)，各自打出標(biāo)識分配給自己的功能零部件(8、9、10)，在本實(shí)施例中，主機(jī)打印底盤(8)，輔助3D打印機(jī)打印車身(10)和電氣系統(tǒng)
(9)的相關(guān)零部件。對于汽車數(shù)字設(shè)計(jì)模型標(biāo)識為不可打印的功能零部件的部分(7)，本實(shí)施例中是發(fā)動機(jī)、彈簧墊圈、減震器彈性部件，電氣系統(tǒng)的電子芯片，承擔(dān)主要打印任務(wù)的主機(jī)和牽涉到這種不可打印零部件問題的相關(guān)輔助3D打印機(jī)，則以粉材、光敏樹脂液體填充其空間(14)，或留下空間(14)，或以特定材料將其打印成假模(替身模)(14);對于3D打印中心主機(jī)來說，汽車數(shù)字設(shè)計(jì)模型(2)標(biāo)識為其它特定工藝3D打印機(jī)才能打出的功能零部件如車身和電氣系統(tǒng)所占空間(9、10)，主機(jī)打印時(shí)，也以不能打印成功能零部件將此等空間(9、10)以粉材、光敏樹脂液體填充(14)，或留下空間(14)，或以特定材料將其打印成假模(替身模)(14)。
[0036]所述③承擔(dān)主要打印任務(wù)的主機(jī)3D打印的汽車主要功能零部件底盤(11)與假模(替身模)(14)的臨時(shí)組合，清除主機(jī)打印工件汽車底盤(11)里非成型粉材、光敏樹脂液體或支撐材料，剩下的即主機(jī)打印的汽車底盤(11)全部功能零部件和主機(jī)無法打印的所有零部件(7、9、10)的假模(替身模)(14)的臨時(shí)組合體；主機(jī)沒法打印的零部件包括前述①汽車數(shù)字設(shè)計(jì)模型中標(biāo)識為3D打印無法打印的傳統(tǒng)制造的汽車成品功能零部件(7)(發(fā)動機(jī)、底盤中減震器彈性部件、彈簧墊圈、電氣系統(tǒng)中的電子芯片等)，以及汽車數(shù)字模型標(biāo)識為3D打印可以打出、但非主機(jī)打印，而是由3D打印中心其它輔助3D打印機(jī)打印的功能零部件如車身、電氣系統(tǒng)零部件(9、10)等。
[0037]所述④主機(jī)3D打印的汽車主要功能零部件底盤集合(11),在本實(shí)施例中，主機(jī)打印的是汽車底盤的功能零部件(11)，清除掉主機(jī)打印的底盤功能零部件(11)之外的所有假模(替身模)(14)，剩下的即主機(jī)3D打印的汽車底盤功能零部件的集合(11)。它為后續(xù)組合和連接傳統(tǒng)制造汽車成品功能零部件(發(fā)動機(jī)，底盤中減震器彈性部件、彈簧墊圈、電氣系統(tǒng)中的電子芯片等)(6)和3D打印中心其它輔助3D打印機(jī)打印的汽車功能零部件(車身、電氣系統(tǒng)零部件等)(12、13)提供了結(jié)構(gòu)框架。
[0038]所述⑤3D打印中心其它特定工藝3D打印機(jī)輔助打出的汽車功能零部件車身、電氣系統(tǒng)(12、13)，對于汽車數(shù)字設(shè)計(jì)模型(2)標(biāo)識和分配(3)給3D打印中心其它特定工藝3D打印機(jī)輔助打出的功能零部件車身、電氣系統(tǒng)(9、10)，這些輔助3D打印機(jī)各自打出分配給自己的汽車功能零部件(4、12、13)，若分配給輔助3D打印機(jī)打印的功能零部件中包含有3D打印無法打出的功能零部件如電氣系統(tǒng)(9)中的電子芯片(7)，則該輔助3D打印機(jī)打印該功能零部件(9)時(shí)，也把其中所含無法打出的零部件電子芯片(7)，以粉材或光敏樹脂液填充(14)，或留空區(qū)(14)，或以特定材料打印成假模(替身模)(14)。
[0039]所述⑥將主機(jī)3D打印的汽車底盤功能零部件集合(11)與其它傳統(tǒng)制造的汽車成品功能零部件(發(fā)動機(jī)、底盤中減震器彈性部件、彈簧墊圈、電氣系統(tǒng)的電子芯片等)(6)和3D打印中的其它輔助3D打印機(jī)打印的汽車功能零部件(車身、電氣系統(tǒng)零部件)(12、13)組合、連接，依據(jù)汽車數(shù)字設(shè)計(jì)模型(2)，將上述主機(jī)3D打印的汽車底盤功能零部件(11)，與汽車數(shù)字設(shè)計(jì)模型標(biāo)識為3D打印無法打印的傳統(tǒng)制造的汽車成品功能零部件(發(fā)動機(jī)、底盤中減震器彈性部件、彈簧墊圈、電氣系統(tǒng)中的芯片等M6)，以及汽車數(shù)字模型標(biāo)識(3)為3D打印可以打出，但非主機(jī)打印，而是由3D打印中的其它輔助3D打印機(jī)打印的功能零部件(車身、電氣系統(tǒng)零部件)(12、13)，準(zhǔn)確組合、連接(5)，連接方式可以是焊接、粘接、接口連接、激光燒結(jié)、機(jī)械連接、電氣連接等等，得到汽車數(shù)字設(shè)計(jì)模型預(yù)期的，具全部設(shè)計(jì)功能、安全、可靠、適用的汽車(15)。
[0040]所述⑦建立支持本發(fā)明組合汽車(I)成品功能零部件的3D打印汽車的3D打印研究、開發(fā)與應(yīng)用中心，建立由各種不同打印工藝3D打印機(jī)組成的3D打印研究、開發(fā)與應(yīng)用中心。以聯(lián)機(jī)方式共同承擔(dān)汽車數(shù)字設(shè)計(jì)模型標(biāo)識(2)為3D打印可以加工的功能零部件(8、9、10)的3D打印工作，高效率地同時(shí)打印標(biāo)識給各相關(guān)3D打印機(jī)的功能零部件底盤、車身、電氣系統(tǒng)(8、9、10)，最大限度解決單一 3D打印機(jī)無法打印汽車(I)各種不同功能零部件的難題。
[0041]本實(shí)施例以組合成品汽車功能零部件3D打印工藝打印汽車的技術(shù)方案敘述完畢。
【權(quán)利要求】
1.一種組合成品功能零部件的3D打印，包括:①對欲打印工件數(shù)字設(shè)計(jì)模型進(jìn)行打印標(biāo)識3D打印中心依據(jù)數(shù)字設(shè)計(jì)模型的打印標(biāo)識進(jìn)行3D打印3D打印中心承擔(dān)主要打印任務(wù)的主機(jī)3D打印的主要功能零部件與假模(替身模)的臨時(shí)組合；④主機(jī)3D打印的主要功能零部件集合3D打印中心的其它特定工藝3D打印機(jī)輔助打出的功能零部件；⑥依據(jù)數(shù)字設(shè)計(jì)模型將主機(jī)3D打印的主要功能零部件集合和其它輔助3D打印機(jī)打印的功能零部件與其它傳統(tǒng)制造成品功能零部件準(zhǔn)確組合、連接，得到數(shù)字設(shè)計(jì)模型預(yù)期的、具全部功能特性的物理實(shí)體；⑦建立支持本發(fā)明組合成品功能零部件的3D打印的3D打印研究、開發(fā)與應(yīng)用中心。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述組合成品功能零部件的3D打印，其特征在于:所述①對欲打印工件數(shù)字設(shè)計(jì)模型進(jìn)行打印標(biāo)識，其特征是:欲打印工件的數(shù)字設(shè)計(jì)模型，不管是取自計(jì)算機(jī)CAD建模軟件，還是取自逆向工程對實(shí)物所做光學(xué)掃描、或CT/MRI/PET掃描數(shù)據(jù)，其中所含某些零部件出于自然規(guī)律、或這些零部件加工特性、或3D打印自身工藝特性限制，無法由3D打印加工成功能零部件，這些零部件所占空間，標(biāo)識為非成型粉材或光敏樹脂液體填充區(qū)，或留空區(qū)，或供特定材料打印的假模(替身模)區(qū)，假模(替身模)僅與原部件幾何尺寸相似，不涉內(nèi)部結(jié)構(gòu)和功能；數(shù)字設(shè)計(jì)模型里其它可由3D打印成功能零部件的零部件空間，標(biāo)識為3D打印能夠打印成功能零部件的空間，且分別標(biāo)識不同零部件幾何尺寸，所要求的相同或不同的材料，適用而且在整個(gè)打印過程中相互匹配兼容或不匹配兼容的、特定3D打印工藝或方法；依據(jù)這種標(biāo)識，再進(jìn)一步把這些3D打印可以加工的功能零部件，標(biāo)識和分配給3D打印中心承擔(dān)主要打印任務(wù)的主機(jī)和相關(guān)的具特定3D打印工藝的輔助3D打印機(jī)；同時(shí)，由3D打印中心輔助3D打印機(jī)各自加工的功能零部件在數(shù)字模型中所占空間，在主機(jī)的打印標(biāo)識中，也標(biāo)識為主機(jī)無法打印的零部件和粉材、或光敏樹脂液體填充區(qū)，或留空區(qū)，或以特定材料打印的假模(替身模)區(qū)；數(shù)字設(shè)計(jì)模型中的標(biāo)識，在數(shù)字切片中也相應(yīng)一一進(jìn)行標(biāo)識；最后將數(shù)字設(shè)計(jì)模型的3D打印標(biāo)識數(shù)據(jù)，輸入3D打印中心計(jì)算機(jī)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述組合成品功能零部件的3D打印，其特征在于:所述②3D打印中心依據(jù)數(shù)字設(shè)計(jì)模型的打印標(biāo).識進(jìn)行3D打印，其特征是:對于數(shù)字設(shè)計(jì)模型標(biāo)識為可以打出功能零部件的部分，由3D打印中心承擔(dān)主要打印任務(wù)的主機(jī)和輔助的、不兼容的其它3D打印機(jī)，各自打出標(biāo)識分配給自己的功能零部件；對于數(shù)字設(shè)計(jì)模型標(biāo)識為不可打印的功能零部件，承擔(dān)主要打印任務(wù)的主機(jī)，和牽涉到這種不可打印零部件問題的相關(guān)輔助3D打印機(jī)，以粉材、或光敏樹脂液體填充其空間，或留下空間，或以特定材料將其打印成易于分離的假模(替身模)；對于3D打印中心主機(jī)來說，數(shù)字設(shè)計(jì)模型標(biāo)識為其它特定工藝3D打印機(jī)才能打出的功能零部件所占空間，主機(jī)打印時(shí)，也以不能打印成功能零部件將此空間以粉材、或光敏樹脂液體填充，或留下空間，或以特定材料將其打印成假模(替身模)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述組合成品功能零部件的3D打印，其特征在于:所述③承擔(dān)主要打印任務(wù)的主機(jī)3D打印的主要功能零部件與假模(替身模)的臨時(shí)組合，其特征是:清除主機(jī)打印工件里非成型粉材、或光敏樹脂液體或支撐材料，剩下的即主機(jī)打印的全部主要功能零部件和主機(jī)沒法打印的所有零部件的假模(替身模)的臨時(shí)組合體；主機(jī)沒法打印的零部件包括前述①標(biāo)識為3D打印無法打出的所有功能零部件，以及①標(biāo)識為3D打印可以打出，但不是由該主機(jī)，而是標(biāo)識為其它特定工藝3D打印機(jī)可以打出的所有零部件。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述組合成品功能零部件的3D打印，其特征在于:所述④主機(jī)3D打印的主要功能零部件集合，其特征是:清除主機(jī)3D打印工件里所有假模(替身模)，剩下的即主機(jī)3D打印就欲打印工件數(shù)字設(shè)計(jì)模型標(biāo)識和分配給它打出的全部主要功能零部件集合，這個(gè)主要功能零部件集合為后續(xù)組合和連接傳統(tǒng)制造的成品功能零部件和3D打印中心其它輔助3D打印機(jī)打印的功能零部件提供了結(jié)構(gòu)框架。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述組合成品功能零部件的3D打印，其特征在于:所述⑤3D打印中心的其它特定工藝3D打印機(jī)輔助打出的功能零部件，其特征是:對于數(shù)字設(shè)計(jì)模型標(biāo)識為3D打印可以完成，但不是由主機(jī)而是由3D打印中心其它特定工藝3D打印機(jī)輔助打印，并分配給這些相關(guān)打印機(jī)，它們依數(shù)字模型標(biāo)識打印分配給自己的功能零部件；若這些零部件中包含有數(shù)字設(shè)計(jì)模型標(biāo)識為3D打印無法打出的功能零部件部分，則輔助3D打印機(jī)打印這些功能零部件時(shí)，也把該無法打印的部分以粉材或光敏樹脂液體填充，或留空區(qū)，或以特定材料打印成易于分離的假模(替身模)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述組合成品功能零部件的3D打印，其特征在于:所述⑥依據(jù)數(shù)字設(shè)計(jì)模型將主機(jī)3D打印的主要功能零部件集合與其它傳統(tǒng)制造的成品功能零部件和3D打印中心其它輔助3D打印機(jī)打印的功能零部件準(zhǔn)確組合、連接:其特征是:依據(jù)數(shù)字設(shè)計(jì)模型，將上述3D打印中心主機(jī)3D打印的主要功能零部件集合，與數(shù)字設(shè)計(jì)模型標(biāo)識為不可打印的傳統(tǒng)制造的成品功能零部件、以及數(shù)字設(shè)計(jì)模型標(biāo)識為3D打印可以打出、但非主機(jī)3D打印而是由3D打印中心其它輔助3D打印機(jī)工藝打出的功能零部件，準(zhǔn)確組合，連接，連接方式可以是焊接，粘接，接口連接，激光燒結(jié)，機(jī)械連接，電氣連接等等，得到數(shù)字設(shè)計(jì)模型欲打印工件預(yù)期的、具全部設(shè)計(jì)功能的整體物理實(shí)體。
8 .根據(jù)權(quán)利要求1所述組合成品功能零部件的3D打印，其特征在于:所述⑦建立支持本發(fā)明組合成品功能零部件的3D打印的3D打印研究開發(fā)與應(yīng)用中心，其特征是:建立由各種不同工藝3D打印機(jī)組成的3D打印研究開發(fā)與應(yīng)用中心，以聯(lián)機(jī)方式，共同承擔(dān)數(shù)字設(shè)計(jì)模型標(biāo)識為3D打印可以加工的功能零部件的3D打印工作，高效率地同時(shí)打印標(biāo)識給各相關(guān)3D打印機(jī)的功能零部件，最大限度解決單一 3D打印機(jī)無法加工各種不同功能零部件的難題，將3D打印的創(chuàng)新性、試錯(cuò)性、個(gè)性化、應(yīng)急性、高效率、低成本等優(yōu)越性與傳統(tǒng)制造的諸優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來，適應(yīng)新工業(yè)革命對3D打印提出的要求。
【文檔編號】B41J3/00GK103465636SQ201310404213
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年9月9日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月9日
【發(fā)明者】康子純 申請人:康子純