[發明專利]基于模型表面特征混合自適應切片的五軸聯動3D打印方法

有效

• 申請號: 201810147789.1
• 申請日: 2018-02-13
• 公開（公告）號: CN108312548B
• 公開（公告）日: 2020-05-19
• 發明（設計）人: 張海光;柳迪;胡慶夕;何嵐嵐
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: B29C64/386
• 分類號: B29C64/386;B33Y50/00
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 陸聰明

1.一種基于模型表面特征混合自適應切片的五軸聯動3D打印方法，其特征在于，包括以下操作步驟：

第一步：利用計算機輔助設計軟件建立制件三維模型，并以STL格式存儲數據文件；

第二步：將模型置于空間直角坐標系下，根據五軸聯動3D打印機的特點，增加繞X軸旋轉的A軸，即打印平臺擺動軸，以及繞Z軸旋轉的C軸，即打印平臺旋轉軸；

第三步：利用STL文件中各三角面片的法向量與Z軸正方向之間的夾角，識別制件模型的頂面、底面與側面；(修改為：利用STL文件中各三角面片的外法向量與Z軸正方向之間的夾角進行聚類，根據自定義角度將制件模型的三角面片分為頂面、底面與側面三類；)

第四步：判斷底面和頂面是否連續，若底面不連續但與底面沿Z方向所對應的頂面連續則視為一部分，若底面不連續且與底面沿Z方向所對應的頂面同樣不連續，則利用相鄰兩底面的側面將模型分割，并確定整體模型打印順序和各部分模型打印方向；

第五步：將各部分模型再依據其表面特征和其預設表面分層厚度、層數分為平面打印的平坦區和空間打印的特征區；

第六步：將平坦區用垂直于Z軸的平面切片，按照預設尖角高度值自適應切片厚度，獲取作為平坦區的路徑G代碼，同時判斷是否需要支撐，若需要支撐則獲取支撐的路徑G代碼；所述第六步中自適應切片的具體方法為：

每層切片之間的夾角，即β定義為：β＝cos^-1(h/t)；

其中h：尖角高度，t：層厚；在β給定條件下，根據h的值，調節每層切片的厚度t；

第七步：將特征區表面按預設厚度進行三角面片偏移切片，提取三角面片的法向量信息作為A軸轉向角度，并用一組平行于YOZ面的平面與三角面片相交，平面間隔與預設表面分層厚度相等，生成特征區路徑G代碼；所述第七步中的三角面片偏移切片的具體方法為：

在空間中要做偏移的三角面片的一個頂點定義為：

其中三角面片的法向量；偏移點在笛卡爾坐標系的參考矢量；d₀：常數；

因為三角面片的頂點由三個具有不同法線方向的平面相交唯一表示，除需偏移的三角面片外，共用此偏移頂點的另兩個平面的法向量為有d₁、d₂為常數；

當時，沿三角面片法線向量反方向平移距離t，t即為層厚，有：

建立矩陣[N]＝[N₀ N₁ N₂]^T、[D]＝[d₀-t d₁-t d₂-t]^T、[V]為坐標向量矩陣，有：[N][V]＝[D]；

解得：[V]＝[N]^-1[D]，即能夠確定一個偏移點，每三個偏移點形成新的偏移層三角面片；

第八步：將平坦區、支撐、特征區路徑G代碼組合排序，導入五軸聯動3D打印機主控板中，實現打印。

2.根據權利要求1所述的基于模型表面特征混合自適應切片的五軸聯動3D打印方法，其特征在于，所述第二步中增加打印機平臺A軸和C軸的五軸聯動3D打印機能夠實現噴頭沿成型表面的切向方向運動，其擠出壓力在成型表面的法線方向上，并且減少支撐。

3.根據權利要求1所述的基于模型表面特征混合自適應切片的五軸聯動3D打印方法，其特征在于，所述第三步中的模型劃分的具體方法為，夾角角度區分頂面：0°～45°；側面：45°～135°；底面：135°～180°。