[發(fā)明專利]一種動態(tài)切片算法的無支撐3D打印方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810882316.6
• 申請日: 2018-08-06
• 公開（公告）號: CN109228353B
• 公開（公告）日: 2021-01-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 胡慶夕;馮蝶;張海光;王明黔
• 申請（專利權(quán)）人: 上海大學(xué)
• 主分類號: B29C64/386
• 分類號: B29C64/386;B29C64/393;B33Y50/00;B33Y50/02
• 代理公司: 上海上大專利事務(wù)所(普通合伙) 31205
• 代理人: 陸聰明

1.一種動態(tài)切片算法的無支撐3D打印方法，其特征在于，包括以下操作步驟：

第一步：利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)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(biāo)系下，根據(jù)五軸聯(lián)動3D打印機(jī)的特點(diǎn)，增加繞X軸旋轉(zhuǎn)的A軸，即打印平臺擺動軸，和繞Z軸旋轉(zhuǎn)的C軸，即打印平臺旋轉(zhuǎn)軸；

第三步：讀取STL文件中的三角面片，提取三維模型的中性骨架點(diǎn)集；

第四步：對提取到的中性骨架點(diǎn)集，進(jìn)行曲線擬合得到模型的中性骨架曲線，并用空間坐標(biāo)方程表示擬合好的中性骨架曲線；

第五步：根據(jù)模型的中性骨架曲線弧長，結(jié)合打印機(jī)預(yù)設(shè)的打印層厚，求解模型切片點(diǎn)坐標(biāo)，以及切片點(diǎn)的切向量；

第六步：根據(jù)切片點(diǎn)的切向量計(jì)算平臺A，C軸需要轉(zhuǎn)動的角度；

第七步：由于打印的三維模型隨著平臺一起轉(zhuǎn)動，因此將三維模型的三角面片數(shù)據(jù)按照A，C軸轉(zhuǎn)動角度進(jìn)行空間變換；

第八步：以變換后的當(dāng)前切片點(diǎn)的Z坐標(biāo)為切平面，對變化后的三角面片進(jìn)行切片，生成G代碼；

第九步：將G代碼導(dǎo)入五軸3D打印機(jī)主控板中，實(shí)現(xiàn)打印；

所述第五步切片點(diǎn)及其在曲線上的切向量求解的具體方法為：

a.使用擬合的中性骨架曲線弧長S表示打印堆積厚度，曲線弧長積分計(jì)算公式如下：

其中，模型的中性骨架曲線的空間方程是x，y，z關(guān)于u的參數(shù)方程；

b.接下求出切片第i層中性骨架曲線的切片點(diǎn)參數(shù)u_ci的值，第i層中性骨架曲線弧長用如下公式表示：

其中當(dāng)前切片層數(shù)是i，打印機(jī)的切片層厚是t，切片層厚作為切片精度參數(shù)近似等于弧長，已知當(dāng)前切片層數(shù)和切片層厚能夠求出當(dāng)前參數(shù)u_ci的值，三者之間存在一定的函數(shù)關(guān)系：

u_ci＝f(i，t)

c.把當(dāng)前參數(shù)u_ci的值代入到第四步擬合出的曲線方程，求出當(dāng)前切片與中性曲線交點(diǎn)，稱之為切片點(diǎn)：

P_Ci＝(x(u_ci)，y(u_ci)，z(u_ci))

則切片點(diǎn)的切向量：

τ_ci＝P(u_ci)′＝(x′(u_ci)，y′(u_ci)，z′(u_ci))；

所述第六步中平臺A，C軸需要轉(zhuǎn)動的角度計(jì)算方法如下：

A軸轉(zhuǎn)動角度為：

其中z′(u_ci)表示切向量Z的坐標(biāo)值，|P(u_ci)′|代表當(dāng)前切向量的模值；

C軸轉(zhuǎn)動角度為：

其中x′(u_ci)表示當(dāng)前切向量X的坐標(biāo)值，y′(u_ci)表示當(dāng)前切向量Y的坐標(biāo)值。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種動態(tài)切片算法的無支撐3D打印方法，其特征在于，所述第七步中當(dāng)A軸和C軸發(fā)生轉(zhuǎn)動時(shí)，對三維模型的三角面片數(shù)據(jù)進(jìn)行動態(tài)旋轉(zhuǎn)，具體方法為：用旋轉(zhuǎn)矩陣乘以三角面片的數(shù)據(jù)坐標(biāo)，旋轉(zhuǎn)矩陣為：

其中Rot(A)為繞A軸的旋轉(zhuǎn)矩陣，Rot(C)為繞C軸的旋轉(zhuǎn)矩陣，旋轉(zhuǎn)矩陣中θ代表A軸轉(zhuǎn)動的角度，δ代表C軸轉(zhuǎn)動的角度。