[發明專利]一種增材制造自適應復合分層切片方法

在審

• 申請號: 202110278259.2
• 申請日: 2021-03-15
• 公開（公告）號: CN113158270A
• 公開（公告）日: 2021-07-23
• 發明（設計）人: 余思佳;王華磊;趙志彬;胡任杰;田從劍
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G06F30/10
• 分類號: G06F30/10;G06F113/10
• 代理公司: 成都正煜知識產權代理事務所(普通合伙) 51312
• 代理人: 李龍

本發明涉及3D打印技術領域，提供了一種增材制造自適應復合分層切片方法，其主旨在于實現將內部使用最大層厚打印，外部根據表面曲率大小使用變層厚打印，以及解決由此帶來的同一切片單元內外部高度不一致，影響打印質量的問題。主要方案包括將內部使用最大層厚打印，外部根據表面曲率大小進行自適應分層，使用不同的層厚進行打印，自適應分層中如果某一層厚小于設備支持的最小打印厚度t_min，則與下一層合并，直至厚度大于等于t_min；如果某一層厚大于設備支持的最大打印層厚t_max，則將該層分解為兩層，其中一層的層厚為t_max，剩余層厚繼續整理，直至每層層厚均小于等于t_max；最終得到自適應分層層厚序列T{t_i}。

技術領域

本發明涉及3D打印技術領域，提供了一種自適應復合分層切片方法。

背景技術

增材制造(Additive Manufacturing，AM)技術，又稱3D打印，是利用材料逐層累加的方法制造工件的新型制造技術。根據成型工藝技術的不同，常用的有光固化成形(SLA)、熔融沉積成型(FDM)、激光選區熔化(SLM)等方法。無論何種成型工藝，其采用的均是分層疊加成型的制造原理，因此對數字模型的分層是3D打印中必不可少的一環。此外，在工件的實際加工過程中，分層的情況會影響打印質量和打印時間，因此分層在3D打印中有著舉足輕重的地位。

等厚分層是最早應用于3D打印的分層方法，即按照初始設定的厚度值將待加工工件的數字模型切分為一系列薄片進行加工，其原理簡單，容易實現，程序執行速度快。但是如果分層厚度過大，工件表面特別是輪廓曲率變化較大的表面會出現明顯的“階梯效應”現象，造成工件表面打印質量下降；如果分層厚度過小，工件的打印時間過長，成型效率低下。為了解決打印效率和打印質量的平衡問題，又出現了自適應分層方法。這種方法的思路是根據工件表面的粗糙度或精度的要求，適應性地改變分層的厚度，輪廓曲率變化較大的地方使用小層厚，輪廓曲率變化較小的地方使用大層厚，這樣能很好的抑制臺階效應，同時又減少加工時間。

另一方面，傳統的分層方法都是將打印工件整體進行切片，得到每層的加工輪廓。為了進一步提高加工效率，復合分層方法被提了出來，即將打印工件分為表面和內部兩個部分，表面采用較小的打印厚度，內部采用較大的打印厚度進行加工。對于內部，定層厚加工即可達到最佳效果，但表面層可采用自適應分層進一步優化加工效率，本專利結合自適應分層和復合分層的思想，提出了一種自適應復合分層切片算法。

基于FDM技術3D打印機切片方式的設計一文中提出構建一種新型的切片方式，分別采用不同層厚對工件的外表面、輔助支撐、內部支撐進行分層處理。其主要利用增加的大直徑噴頭來增加打印速度，想借此來增加打印速度和工件強度。但是該文對外部支撐做出的增大噴頭直徑的做法會使支撐難以剝離；更重要的是該文僅以簡單的正方體作為示例，并未提出一種具有普遍適用性的切片方法。

熔融沉積型3D打印的四步分層方法^[2]一文中提出了“表面精細，內部快速”的分層方法，將模型分為外部區域和內部區域。外部區域采用最薄層厚，內部區域采用最大層厚。這種分層方法不僅滿足了表面的精度要求，而且總體打印時間少。但是該文表面使用的最小層厚打印，這會增加表面的打印時間。

一種增材制造的復合式分層切片算法提出了一種具體的復合分層切片算法。該方法將工件劃分為外表面和內部兩個部分，分別打印以提高加工效率。該種方法適用于各種復雜程度的工件，能夠在保證工件加工精度和力學性能的前提下提高打印速度，并適用于SLA、SLS、FDM等多種主流3D打印工藝。

發明內容

本發明的目的在于實現將內部使用最大層厚打印，外部根據表面曲率大小使用變層厚打印，以及解決由此帶來的同一切片單元內外部高度不一致，從而造成打印出現斷層，工件表面出現突起或凹陷，影響打印質量的問題。

為了解決上述技術問題，本發明采用以下技術方案：