[發(fā)明專利]基于模型表面特征混合自適應切片的五軸聯(lián)動3D打印方法

有效

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• 申請日: 2018-02-13
• 公開（公告）號: CN108312548B
• 公開（公告）日: 2020-05-19
• 發(fā)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

本發(fā)明涉及一種基于模型表面特征混合自適應切片的五軸聯(lián)動3D打印方法，首先利用計算機輔助設計軟件建立制件三維模型，并依據(jù)STL文件中的法向量信息將模型表面進行頂面、側面和底面的劃分并根據(jù)連續(xù)性將模型進行分割；再將各部分模型依據(jù)其表面特征分為平面打印的平坦區(qū)和空間打印的特征區(qū)；將平坦區(qū)進行平面切片，按照預設尖角高度值自適應切片，獲取路徑G代碼，若需要支撐則獲取支撐部分的G代碼；將特征區(qū)進行偏移切片獲取路徑G代碼；將各部分路徑G代碼組合排序，導入五軸聯(lián)動3D打印機中實現(xiàn)打印。本發(fā)明利用五軸聯(lián)動打印機根據(jù)制件表面特征實現(xiàn)空間3D打印，是一種制件表面精度高、結構性能強，節(jié)約時間、節(jié)省材料的3D打印制造方式。

技術領域

本發(fā)明涉及空間3D打印技術領域，具體涉及一種基于模型表面特征混合自適應切片的五軸聯(lián)動3D打印方法。

背景技術

3D打印是一種增材制造技術，以數(shù)字模型文件為基礎，利用計算機將模型切成一系列有厚度的薄片，3D打印設備自下而上地制造出每一層薄片，最后疊加成形出三維的實體。這種制造技術無需傳統(tǒng)的刀具或模具，可以實現(xiàn)傳統(tǒng)工藝難以或無法加工的復雜結構的制造，并且可以有效簡化生產(chǎn)工序，縮短制造周期。

現(xiàn)有的3D打印機多為三自由度，切片方式為平面切片，在制造時，層與層之間會產(chǎn)生階梯效應，使表面質(zhì)量下降。對于復雜模型往往需要支撐材料輔助才能打印實體，造成時間的增加和材料的浪費。由于實體沿切片方向的力學性能低于其它方向，對于沿特定方向受力或沿表面形狀受力的實體其力學性能往往不能達到要求。此外，噴頭的施壓方向始終豎直向下，不隨模型表面形狀改變，也對打印實體的表面質(zhì)量和力學性能產(chǎn)生影響。

自適應切片技術最初是為了克服階梯效應和非常精細的幾何細節(jié)所帶來的問題而發(fā)展起來的。自適應切片涉及到將零件劃分成不同的區(qū)域，并根據(jù)每個區(qū)域的要求使用不同厚度的層和切片方法。在支撐部分這種區(qū)域可以使用較厚的層可以節(jié)省時間，在高曲率的表面用彎曲的層進行切片，以便有效地捕捉更精細的細節(jié)，同時減少階梯效應，在獲得更好強度的同時，減少打印時間。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明提出一種基于模型表面特征混合自適應切片的五軸聯(lián)動3D打印方法，根據(jù)模型的特點和表面特征將模型進行劃分，將平面切片、曲面切片和自適應切片技術相結合，生成五軸3D打印機所識別的G代碼，實現(xiàn)空間打印，是一種制件表面精度高、結構性能強，節(jié)約時間、節(jié)省材料的3D打印制造方式。

為達到上述目的，本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的：

一種基于模型表面特征混合自適應切片的五軸聯(lián)動3D打印方法，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(shù)據(jù)文件；

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

第四步：判斷底面和頂面是否連續(xù)，若底面不連續(xù)但與底面沿Z方向所對應的頂面連續(xù)則視為一部分，若底面不連續(xù)且與底面沿Z方向所對應的頂面同樣不連續(xù)，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(jù)其表面特征和其預設表面分層厚度、層數(shù)分為平面打印的平坦區(qū)和空間打印的特征區(qū)；

第六步：將平坦區(qū)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(qū)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；