[發(fā)明專利]一種基于雙成形頭的快速成型方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410361039.6
• 申請(qǐng)日: 2014-07-26
• 公開（公告）號(hào): CN104175556B
• 公開（公告）日: 2017-02-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 朱東彬;曲云霞;段國(guó)林;王騰飛
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 河北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): B29C67/00
• 分類號(hào): B29C67/00
• 代理公司: 天津翰林知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)12210
• 代理人: 李濟(jì)群

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及快速成型技術(shù)，具體為一種基于雙成形頭的快速成型方法。

背景技術(shù)

快速成型的基本原理是根據(jù)分層累積方法，收集到相關(guān)對(duì)象的三維結(jié)構(gòu)信息，將數(shù)據(jù)建模，并進(jìn)行層狀分解，按層形成各自的數(shù)據(jù)文件，即一系列的二維層面數(shù)據(jù)；然后根據(jù)不同成形工藝逆向建立加工路徑；最后，通過計(jì)算機(jī)輔助制造程序(CAD)按照預(yù)定的加工程序逐層制造成三維產(chǎn)品實(shí)體。

快速成型成形件的精度是指加工后的成形件與原三維模型之間的誤差，主要有尺寸誤差、形狀誤差和表面誤差。現(xiàn)有的快速成型機(jī)普遍采用的是精密伺服運(yùn)動(dòng)，完全可以將其運(yùn)動(dòng)位置精度控制在微米級(jí)的水平。但是，成形件的精度不只是與快速成型機(jī)有關(guān)，還與其他因素有關(guān)。這其中，成形件的“臺(tái)階效應(yīng)”對(duì)其精度的影響是比較大的。“臺(tái)階效應(yīng)”是指在實(shí)際制造的過程中成形件的理論輪廓線與實(shí)際的工作線有一定的差距。梁焱在其《3DP快速成型精度分析》中，分析了影響三維打印機(jī)精度的幾個(gè)問題，并且對(duì)其中階梯效應(yīng)這個(gè)典型問題進(jìn)行了分析，其提出的有效辦法是減小層厚，提高精度。但是它并沒有提及因減小層厚而帶來效率降低的問題的解決辦法。

同時(shí)，華僑大學(xué)的劉道遠(yuǎn)和華中科技大學(xué)的程艷階在其碩士論文中都對(duì)快速成型中路徑規(guī)劃對(duì)提高成型精度和效率做出了研究，他們都研究了復(fù)合掃描路徑的方法對(duì)于快速成型精度及效率帶來的改變，但是都沒有提及成形頭的對(duì)成型精度及效率的影響。

由于在路徑掃描問題上，單純的輪廓線偏置算法雖然提高了其精度和效率，但是當(dāng)輪廓比較復(fù)雜時(shí)，在遞歸快結(jié)束時(shí)容易出現(xiàn)干涉現(xiàn)象或者是“孤島”現(xiàn)象，而且工件的內(nèi)部區(qū)域用偏移線填充對(duì)提高精度的意義不大。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明擬解決的技術(shù)問題是，設(shè)計(jì)一種基于雙成形頭的快速成型方法。該方法采用雙精度成形頭，高精度成形頭負(fù)責(zé)工件外部區(qū)域的打印制造，常規(guī)精度的成形頭負(fù)責(zé)工件內(nèi)部區(qū)域的打印制造，解決了工件的表面質(zhì)量與整體加工效率難以兼顧的問題。本發(fā)明在規(guī)劃高精度和常規(guī)精度的成形頭的掃描路徑過程中，對(duì)內(nèi)部區(qū)域和外部區(qū)域分別實(shí)行不同的掃描方法，不同的掃描間距，再配合兩種不同精度的成形頭分區(qū)制造，既滿足了精度要求，也顧及了成型效率。

本發(fā)明解決所述技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是：設(shè)計(jì)一種基于雙成形頭的快速成型方法，該方法包括以下步驟：

(1)由三維實(shí)體造型軟件構(gòu)建出三維實(shí)體模型，然后將三維實(shí)體模型以模型數(shù)據(jù)文件的形式輸出；所述模型數(shù)據(jù)文件為STL、SLC、CLI、RPI、LEAF、SIF、CFL、IGES、STEP或DXF文件格式中的一種；

(2)通過軟件程序，識(shí)別分析該模型數(shù)據(jù)文件，先沿著三維實(shí)體模型成型方向進(jìn)行二維分層處理，然后對(duì)每層進(jìn)行不同區(qū)域劃分，分為外部區(qū)域和內(nèi)部區(qū)域，然后對(duì)外部區(qū)域再分層，得到離散的二維層片信息；或者是先對(duì)三維實(shí)體模型由表面向三維實(shí)體模型內(nèi)部進(jìn)行內(nèi)外區(qū)域劃分，分為外部區(qū)域和內(nèi)部區(qū)域，然后再對(duì)內(nèi)、外區(qū)域分層，得到離散的二維層片信息；

(3)通過路徑規(guī)劃程序，對(duì)所得離散的二維層片信息進(jìn)行掃描路徑的規(guī)劃，根據(jù)其掃描的輪廓信息，分別規(guī)劃出兩種精度的成形頭掃描路徑：即高精度路徑和常規(guī)精度路徑，然后輸出計(jì)算機(jī)可以識(shí)別的包含著分層路徑規(guī)劃信息的文件；

(4)根據(jù)每層掃描的輪廓信息，由計(jì)算機(jī)控制成形頭進(jìn)行制造，常規(guī)精度成形頭針對(duì)內(nèi)部，快速度填充；高精度成形頭針對(duì)輪廓表面，高精度填充，二者共同完成這一層的填充制造工作；

(5)一層打印完以后，工作臺(tái)不動(dòng)，準(zhǔn)備下一層的打印制造；

(6)重復(fù)(4)、(5)步驟的工作過程，直到完成所有的打印工作，取出工件；

(7)將取出的工件進(jìn)行后處理。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明采用雙精度成形頭，高精度成形頭負(fù)責(zé)工件外部區(qū)域的打印制造，常規(guī)精度成形頭負(fù)責(zé)工件內(nèi)部區(qū)域的打印制造，高精度成形頭與常規(guī)精度成形頭的精度成N(整數(shù))倍的關(guān)系，明顯提高了工件的表面質(zhì)量和整體加工效率；在規(guī)劃高精度和常規(guī)精度的成形頭的掃描路徑的過程中，對(duì)內(nèi)外輪廓線附近分區(qū)，并采用不同的掃描方法，再配合兩種不同精度的成形頭分區(qū)制造，實(shí)現(xiàn)了加工工件的高精度和高效率成型。

附圖說明

圖1為本發(fā)明基于雙成形頭的快速成型方法的軟件流程示意圖；其中，圖1(a)為先分層后分區(qū)處理的基于雙成形頭的快速成型方法的軟件流程圖，圖1(b)為先分區(qū)再分層處理的基于雙成形頭的快速成型方法的軟件流程圖；

圖2為本發(fā)明基于雙成形頭的快速成型方法一種實(shí)施例的掃描路徑分區(qū)示意圖；