[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

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• 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）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

本發(fā)明涉及一種動態(tài)切片算法的無支撐3D打印方法，根據(jù)模型的STL文件中的三角面片數(shù)據(jù)，提取模型中性骨架點集，對中性骨架點集進(jìn)行曲線擬合得到中性骨架曲線，在模型的中性骨架曲線上選取切片點，并計算出該點的切向量，通過實時控制五軸3D打印接收平臺的空間旋轉(zhuǎn)，切片方向始終垂直于五軸3D打印機的Z軸方向，最終生成五軸3D打印機所識別的G代碼，實現(xiàn)空間打印。本發(fā)明主要側(cè)重帶連續(xù)孔或槽的懸臂結(jié)構(gòu)的無支撐打印，同時避免懸臂機構(gòu)打印件的外部和內(nèi)部支撐結(jié)構(gòu)，減少打印耗材和時間，避免剝離支撐的后處理過程，提高無支撐打印工藝的靈活性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及空間3D打印技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種動態(tài)切片算法的無支撐3D打印方法。

背景技術(shù)

3D打印是一種增材制造技術(shù)，以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，利用計算機將模型切成一系列有厚度的薄片，3D打印設(shè)備自下而上地制造出每一層薄片，最后疊加成型出三維的實體。這種制造技術(shù)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(fù)雜結(jié)構(gòu)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，制造形式都是沿著Z軸方向逐層堆積成形，切片方式為平面切片。但是，當(dāng)打印懸臂結(jié)構(gòu)時，往往在打印的過程中增加支撐結(jié)構(gòu)，并且對于空間任意彎曲的復(fù)雜模型無法采用傳統(tǒng)的平面切片，因此將花費更多的材料和打印時間并且需要后處理。

無支撐3D打印是為了提高打印效率提出的。目前已實現(xiàn)的無支撐3D打印都側(cè)重于實芯模型的外輪廓無支撐打印，但是針對內(nèi)部連續(xù)的孔洞結(jié)構(gòu)很難實現(xiàn)無支撐打印，并且內(nèi)部連續(xù)的孔或者槽結(jié)構(gòu)加了支撐結(jié)構(gòu)一般都很難去除。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出一種動態(tài)切片算法的無支撐3D打印方法，根據(jù)模型的STL文件中的三角面片數(shù)據(jù)，提取模型中性骨架點集，對中性骨架點集進(jìn)行曲線擬合得到中性骨架曲線，在模型的中性骨架曲線上選取切片點，并計算出該點的切向量，通過實時控制五軸3D打印接收平臺的空間旋轉(zhuǎn)，切片方向始終垂直于五軸3D打印機的Z軸方向，最終生成五軸3D打印機所識別的G代碼，實現(xiàn)空間打印。本發(fā)明主要側(cè)重帶連續(xù)孔或槽的懸臂結(jié)構(gòu)的無支撐打印，同時避免懸臂機構(gòu)打印件的外部和內(nèi)部支撐結(jié)構(gòu)，減少打印耗材和時間，避免剝離支撐的后處理過程，提高無支撐打印工藝的靈活性。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

一種動態(tài)切片算法的無支撐3D打印方法，包括以下操作步驟：

第一步：利用計算機輔助設(shè)計軟件建立制件的三維模型，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打印機的特點，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集；

第四步：對提取到的中性骨架點集，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)合打印機預(yù)設(shè)的打印層厚，求解模型切片點坐標(biāo)，以及切片點的切向量；

第六步：根據(jù)切片點的切向量計算平臺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打印機主控板中，實現(xiàn)打印。