[發明專利]一種基于尺寸誤差補償的連續纖維增材制造自適應分層方法

在審

• 申請號: 202110336992.5
• 申請日: 2021-03-29
• 公開（公告）號: CN113158271A
• 公開（公告）日: 2021-07-23
• 發明（設計）人: 單忠德;陳意偉;王紹宗;吳曉川;鄒愛玲
• 申請（專利權）人: 北京機科國創輕量化科學研究院有限公司
• 主分類號: G06F30/10
• 分類號: G06F30/10;G06F30/23;G06T17/20
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1.一種基于尺寸誤差補償的連續纖維增材制造自適應分層方法，其特征在于：該方法根據成形材料特性、打印工藝參數和目標三維模型尺寸，計算連續纖維預浸絲材的線膨脹系數和三維模型尺寸誤差，并進行誤差補償與三維模型重構；根據成形精度的要求與三維模型外輪廓變化，分別計算各打印層層厚，實現連續纖維高性能、高效率、高精度增材制造自適應分層，具體步驟如下：

①根據成形材料特性，計算預浸絲材的線膨脹系數；

②根據目標樣件三維模型尺寸、打印工藝參數和步驟①的線膨脹系數，計算成形樣件的三維尺寸誤差；

③根據步驟②中計算的三維尺寸誤差，對成形樣件進行尺寸誤差補償，并利用計算機輔助設計軟件進行模型重構，獲得誤差補償后的三維模型，并獲得誤差補償后的三維模型存儲為由三角面片組成STL格式文件；

④根據成形效率和力學性能要求，輸入最大和最小分層厚度t_min和t_max，確定層厚的取值范圍；

⑤根據打印樣件成形質量的要求，輸入表面精度δ₀；

⑥確定打印方向，尋找模型在打印方向的坐標范圍：Z_min和Z_max，并設置初始高度即Z＝Z_min；

⑦設置t_max作為分層厚度，即t＝t_max；

⑧遍歷步驟③中STL文件的所有三角面片，通過三角面片頂點在打印方向的坐標與分層高度的大小，判斷分層與三角面片相交與否，獲得與該打印層相交的所有三角面片；

⑨計算步驟⑧中所有與當前分層相交三角面片與制造方向的夾角θ_ij，并計算該角度余弦值的絕對值的最小值|cosθ_ij|_min；

⑩根據成形精度δ₀與|cosθ_ij|_min之間的關系，計算層厚t＝δ₀/|cosθ_ij|_min；

判斷層厚與取值范圍的關系，若tt_min，則t＝t_min；若tt_max，則t＝t_max；若t_mintt_max，則t＝t；

對當前的層高進行疊加，即層高Z＝Z+t；

判斷當前層高與模型高度Z_max的大小關系，如果|Z-Z_max|≤0.5t，則分層計算完成，否則回到步驟⑦再一次進行循環計算，直到模型分層完成。

2.根據權利要求1所述的一種基于尺寸誤差補償的連續纖維增材制造自適應分層方法，其特征在于，所述連續纖維主要指碳纖維、芳綸纖維、陶瓷纖維、玻璃纖維，樹脂主要指PLA(聚乳酸)、ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物)、PI(聚酰亞胺)、PA(尼龍)、PEEK(聚醚醚酮)等熱塑性樹脂。

3.根據權利要求1所述的一種基于尺寸誤差補償的連續纖維增材制造自適應分層方法，其特征在于：所述的材料特性包括連續纖維和熱塑性樹脂的彈性模量E_f和E_m、線膨脹系數α_f和α_m，以及體積百分含量V_f和V_m；所述的預浸絲材線膨脹系數計算依據為α＝(α_mE_mV_m+α_fE_fV_f)/(E_mV_m+E_fV_f)。

4.根據權利要求1所述的一種基于尺寸誤差補償的連續纖維增材制造自適應分層方法，其特征在于：所述工藝參數包括打印溫度T₀和成形環境溫度T₁；所述的尺寸誤差計算依據為ΔL＝αL(T₀-T₁)。