[發明專利]一種立體成形增材制造的算法和裝置

在審

• 申請號: 201810215061.8
• 申請日: 2018-03-15
• 公開（公告）號: CN110271194A
• 公開（公告）日: 2019-09-24
• 發明（設計）人: 不公告發明人
• 申請（專利權）人: 深圳前海賽恩科三維科技有限公司
• 主分類號: B29C64/386
• 分類號: B29C64/386;B29C64/393;B33Y50/00;B33Y50/02;G06F17/50
• 代理公司: 暫無信息
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本發明公布一種立體成形增材制造的算法及其成形裝置，屬于增材制造技術領域。本發明以成形的模型初步設計和布局為依據，利用Hyperworks軟件對受力工況下的模型結構的剛度和強度進行分析，并以質量分數為約束條件，對模型進行拓撲優化計算，建立了模型的拓撲優化模型。本發明從內向外的基于裹層疊層累加的增材制造的算法，通過熔融沉積形成樹脂材料的空間結構，在激光加熱固化后形成模型分布結構，利用區域立體成形制造過程，合成拓撲設計后的實體模型。本發明的另一個目的是提供一種裹層立體成形的增材制造的龍門結構七軸自由度成形裝置。

技術領域

本發明涉及一種立體成形增材制造的算法及其成形裝置，屬于增材制造技術領域。

背景技術

增材制造技術是指基于離散-堆積原理，由零件三維數據驅動直接制造模型構件的技術體系。它借助計算機、激光、精密傳動和數控等現代化手段，將計算機輔助設計和計算機輔助制造集成一體。作為一項前沿科技增材制造被廣泛地應用于工業制造、文化創意、數碼娛樂、航空航天、國防以及生物醫療的多個領域。

增材制造的基本流程為：用戶先用三維繪圖軟件繪制所需要模型，定義相應尺寸比例及原料，由軟件對模型空間結構進行分析，將分析結果和用戶需求發送到3D打印機，由打印機重新進行尺寸、規格的衡量并啟用相應的算法進行模型逐層打印成形，打印完成后，對模型進行精加工處理以得到最終的實物。

現有的增材制造成形都是采用逐層打印的方法實現快速制造，目前的增材成形機主要運用一下幾種成形算法。

1 立體光固化成形法。通過紫外光線來照射液態光敏樹脂，從底部進行掃描，當光照射到材料表面時會對液態樹脂固化，當該層材料凝固后控制臺會使得材料移動一個固定高度來實現下一層的固化，如此循環往復，層層固化疊加，最終得到一個完整的三維模型。

2 分層實體制造法。該方法采用片材材料，采用分層堆疊加工，先通過計算機軟件獲得基地層模型的外觀輪廓，用激光器將北面涂有熱熔膠的紙張切割出工件的內外輪廓，最終得到所需模型。

3 選擇性激光燒結技術，這行技術采用激光，先燒制好一個平整的底座，然后將材料粉末均勻低鋪在成形模型的上面，并用激光對鋪設的材料粉末進行掃描模型截面進行燒制，與下層已經成形的部分粘結，如此層層疊加，得到所打印的成品模型。

4 熔融沉積成形技術，改技術采用塑性材料，在特定的位置高度上，通過電加熱模塊將塑性材料加熱至熔融狀態，并經噴頭擠壓而出，通過控制噴頭按照特定的輪廓軌跡運動，使材料沉積在指定位置后固化成形，隨后改變噴頭高度進行下一次打印。

發明內容

通過以上分析得出，以往快速成形方法都是將模型分成若干片層，通過逐層積累的方式，形成模型結構。隨著片層分割的尺寸的減少，分層數量的增多，打印成形效率下降，且精度無法保證。本發明正是針對現有增材成形工藝存在的缺陷提出了一種立體成形增材制造的算法和工藝裝置，這種立體成形增材制造的方法是從內向外的基于裹層噴涂的增材制造的算法，先進行增添輪廓的制作，再在其表面進行精加工。

這種算法的主要步驟如下：

（1）、建模過程，對模型進行設計，利用CAD、UG或其他三維設計軟件設計所要增材制造的模型形狀;

（2）、離散分析過程，在Hyperwork軟件的拓撲分析下，規劃模型的受力單元和結構狀態；

（3）、裹層算法下成形路徑的規劃，利用Hyperwork的拓撲分析基礎上，規劃不同受力結構區域的成形路徑，依據受力的方向和各向性，設計纖維鋪設的方向和密度。將規劃數據轉換成SLC文件。

（4）、模型分析，在接收到打印指令后，分析計算模型的受力結構單元的模型尺寸，處理模型的輪廓信息。