[發明專利]一種基于自適應分層的3D打印成型方向多目標優化方法

在審

• 申請號: 202110652796.9
• 申請日: 2021-06-11
• 公開（公告）號: CN113334773A
• 公開（公告）日: 2021-09-03
• 發明（設計）人: 魯聰;紀連正;楊曉剛;王梓越
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: B29C64/386
• 分類號: B29C64/386;B33Y50/00
• 代理公司: 成都虹盛匯泉專利代理有限公司 51268
• 代理人: 王偉

本發明公開一種基于自適應分層的3D打印成型方向多目標優化方法，應用于3D打印領域，針對現有技術難以同時兼顧模型成型精度和成型效率的問題，本發明首先采用基于體積誤差率的自適應分層算法對模型分層；然后分別建立自適應分層下的成型精度、成型效率的數學模型；最后建立成型精度與成型效率加權目標函數，采用粒子群算法進行求解；采用本發明的方法能夠使得模型成型的體積誤差大幅降低，而打印時間僅小幅度增加，從而實現成型精度和成型效率的綜合效果更優。

技術領域

本發明屬于3D打印領域，特別涉及一種3D打印成型方向多目標優化技術。

背景技術

3D打印技術是一種通過逐層累加材料的方式將三維CAD模型加工成實體的增材制造技術，其“分層制造、逐層累加”的原理使得該項技術在制造復雜結構零件時具有巨大優勢。在3D打印過程中，不同的模型成型方向會獲得不同的分層結果，進而產生不同的打印誤差和打印時間。因此，成型方向的選擇對3D打印模型的成型精度和成型效率有著重要的影響。

目前，對于結構簡單模型的成型方向選擇大多依靠經驗人為判斷；對于結構相對復雜、無法直觀判斷最佳成型方向的模型，則需要通過優化方法確定最佳成型方向?，F有的模型成型方向優化方法主要考慮打印精度、打印效率、打印耗材等評價指標，通過構建這些評價指標在等厚分層下的數學模型，選取其中一種或多種指標作為目標求解最優成型方向。但等厚分層算法未考慮模型表面曲率變化，若采用較大層厚進行分層則會造成打印誤差過大，若采用較小層厚進行分層則又會導致打印時間過長，難以同時兼顧模型成型精度和成型效率。基于此，自適應分層算法成為當下的研究熱點，因此，有必要考慮在自適應分層下的模型成型方向選擇問題，提出自適應分層下綜合考慮成型精度與成型效率的模型成型方向優化方法，實現打印綜合效果最優。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明提出一種基于自適應分層的3D打印成型方向多目標優化方法，能夠使得模型成型的體積誤差大幅降低。

本發明采用的技術方案為：一種基于自適應分層的3D打印成型方向多目標優化方法，包括：

S1、采用基于體積誤差率的自適應分層算法對模型分層；

S2、分別建立自適應分層下的成型精度、成型效率的數學模型

S3、建立成型精度與成型效率加權目標函數，采用粒子群算法進行求解。

步驟S1具體包括以下分步驟：

S11、將模型最低點所在平面設為基準分層平面；

S12、沿分層方向，將下一分層高度設定為當前高度加上當前確定的層厚；

S13、計算當前兩分層平面間的體積誤差率；

S14、若體積誤差率大于設定閾值，則調整層厚，返回步驟S12，否則執行步驟S15；

S15、若模型未完成分層，則將當前層高所在的分層平面作為基準分層平面，然返回步驟S12，否則模型分層結束。

步驟S13所述當前兩分層平面間的體積誤差率表達式為：

其中，η為體積誤差率，V_m為當前兩層間模型實際體積，V_p為當前兩層間模型打印體積，V_e為打印誤差體積。

步驟S14所述對分層厚度調整的公式為：

其中，η₀表示分層前預設體積誤差率閾值，η_c表示層厚△h_old下兩層間打印的體積誤差率，△h_new表示調整后的層厚。

步驟S2所述成型精度的數學模型，具體量化為體積誤差來衡量。