[發明專利]一種鏤空結構的FDM打印方法

有效

• 申請號: 201810033366.7
• 申請日: 2018-01-06
• 公開（公告）號: CN108248016B
• 公開（公告）日: 2019-11-19
• 發明（設計）人: 趙正旭;張登輝;彭育貴;鐘謙
• 申請（專利權）人: 石家莊鐵道大學
• 主分類號: B29C64/112
• 分類號: B29C64/112;B29C64/118;B29C64/386;G06T17/00;B33Y50/00
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本發明提出了一種鏤空結構的FDM打印方法，其步驟如下：鏤空結構模型內部孔洞定義；鏤空結構模型分割；分別打印所述鏤空結構模型的多個子模塊Pi，打印完成后將多個子模塊拼接起來，完成所述鏤空結構模型的FDM打印。本發明的有益效果如下：通過采用將鏤空結構模型按照Voronoi圖中心節點分割、分別打印分割后的模塊、再將其進行拼接的方法，實現了鏤空結構在FDM設備上的制造。由于分割后各個模塊的邊界面可以作為打印支撐面，因此打印鏤空結構模型時不再需要支撐結構。本發明所述方法將鏤空結構模型分割后可并行打印各子模型，提高了鏤空結構模型的制造效率。

技術領域

本發明涉及計算機輔助建模和增材制造技術領域，特別是指一種鏤空結構的FDM打印方法。

背景技術

鏤空結構材料普遍存在于自然界中，

例如木材、軟木、海綿和珊瑚等。20世紀以來，人們已經能夠制造出多種形態的無氣輪胎、蜂窩材料和泡沫金屬等鏤空結構材料。與實體結構材料相比，鏤空材料因其具有超輕、高強韌、耐撞擊、高比強、高比剛度、高效散熱、隔熱、噪聲管理等特點，

在電子、通訊、化工、冶金、機械、建筑、交通運輸、甚至在航空航天領域中都有著廣泛用途。

傳統制造技術如車、銑、磨、鉗、焊等工藝只考慮零件的表面結構，具有復雜內部結構的鏤空材料面臨著模型無法制造的困境。增材制造技術是近20年來制造技術領域的一次重大突破，增材制造技術通過堆積材料疊加起來形成三維實體，先將CAD模型離形化，沿某一方向切成許多層面，即分層，然后在分層信息控制下順序加工各片層，并層層結合，堆積出三維零件。

增材制造技術的出現使得鏤空材料的制造成為可能。當前的增材制造技術主要有立體印刷(SLA)、分層實體制造(LOM)、選擇性激光燒結(SLS)以及熔融沉積成型(FDM)等制造工藝。

在FDM成型過程中，噴頭在計算機控制下作X-Y聯動掃描和Z向運動，絲材在噴頭中被加熱并略高于熔點。噴頭在掃描運動中噴出熔融材料，快速冷卻形成一個加工層，并與上一層牢牢連接在一起。這樣層層掃描迭加便形成一個空間實體。由于操作環境干凈、安全、材料無毒、備選制造材料多、價格便宜等因素，FDM打印技術廣泛應用于辦公室、家庭等環境。FDM技術極大地促進了增材制造技術的發展與普及。

在FDM成型中，每一個層片都是在上一層上堆積而成，上一層對當前層起到定位和支撐的作用。隨著高度的增加，層片輪廓的面積和形狀都會發生變化，當形狀發生較大變化時，上層輪廓就不能給當前層提供充分的定位和支撐作用，這就需要設計一些輔助結構，即支撐。但是對于內部存在孔洞的鏤空材料，如果在打印過程中添加支撐，將導致產品制造完成時，支撐位于產品內部無法去除的問題。

因此，如何設計一種鏤空結構的FDM打印方法，解決打印過程中的支撐問題，具有重要意義。

發明內容

本發明提出一種鏤空結構的FDM打印方法，解決了現有技術中鏤空結構模型打印過程中需要支撐的問題。

本發明的技術方案是這樣實現的：

一種鏤空結構的FDM打印方法，其方法步驟如下：

(1)鏤空結構模型內部孔洞定義：

1、在鏤空結構模型內部分布點集P，并根據需要調整點集P的位置；

2、根據點集P生成Voronoi圖結構，對每一個Voronoi圖單元，去除位于所述鏤空結構模型外的部分，提取Voronoi圖單元的頂點作為Nurbs曲面的控制點，生成Nurbs曲面；

3、將Nurbs曲面對應所述鏤空結構模型的內部孔洞，

去除實體模型中的Nurbs曲面，完成鏤空結構模型內部孔洞的定義；

(2)鏤空結構模型分割