[发明专利]基于五轴打印平台的无支撑3D打印方法

说明书

本发明涉及一种基于五轴打印平台的无支撑3D打印方法。本方法的操作步骤为：提取特征边、对模型进行分块旋转切片处理、确定各分块打印模型转换关系、重新组合G代码。通过五轴打印平台，可以通过平台的A、C轴旋转对应的角度，将需要支撑的模型旋转至有基底的平面上，从而实现无支撑打印。本方法的优势在于可以大大减少打印时间、节省打印材料、无需去支撑操作、软硬件开源并且操作简单，适合大多数基于FDM工艺原理的3D打印机，具有很广泛的使用前景。

技术领域

本发明主要涉及三维打印(Three Dimension Printing，3DP)领域，具体是涉及一种基于五轴打印平台的无支撑3D打印方法。

背景技术

近年来，由于3DP技术适合复杂三维结构的快速自由制造的优点，而被广泛地应用于新产品开发，极大地缩短了新产品的开发周期，提高了新产品的生产效率和制造柔性。其制造本质不再是去除不需要的材料，而是通过将材料层层叠加的方式来获得所需要的形状及其功能。例如在航天领域中，为了减轻飞船重量，不会将备用零件转载到飞船上，当出现某个零件的损坏时，3DP技术就可以帮助航天员在飞船中自行制作零件进行修复。总之，3DP技术被广泛应用到了众多领域，逐步显示出了越来越重要的地位和作用。

3DP技术的常见工艺主要包括三维印刷(3D Printing，3DP)、熔融挤出成型(FusedDeposition Modeling，FDM)、光固化成型(Stereo Lithoraphy Appearace，SLA)、选择性激光烧结(Selective Laser Sintering，SLS)和分层实体成型(Laminated ObjectManufacturing，LOM)等。其中由于FDM工艺具有材料利用效率高、污染小，成本低等优势，得到了较为广泛的关注和应用。其工艺过程通常采用对待加工对象的数据模型进行切片获取每层截面的打印路径，再层层打印，最终叠加起来形成打印件。利用该工艺打印悬臂及中空等类型的结构时，由于没有基底材料只能通过添加支撑的方式来实现打印，而在大多数打印件中通常都带有类似的结构，因此利用FDM工艺打印时，由于支撑的必不可少性，会导致打印时间长、打印材料浪费以及后处理过程繁琐，甚至在去除支撑材料时可能对打印件造成破坏等问题。

发明内容

针对上述由于支撑材料存在所产生的问题，本发明旨在提出一种基于五轴打印平台的无支撑3D打印方法，突破了对于某一特定模型只能单向切片打印的本质，将五轴数控加工技术引入，实现真正意义上的无支撑三维打印。该方法的优势在于可大大减少打印时间、节省打印材料、无需去支撑操作、软硬件开源并且操作简单，适合大多数基于FDM工艺原理的3D打印机。

为实现上述目的，本发明所提出的基于五轴打印平台的无支撑3D打印方法主要包括如下步骤：

(1)将需要打印的模型转换成由三角面片构成的STL模型(STL文件是在计算机图形应用系统中，用于表示三角形网格的一种文件格式)，提取打印模型的特征边；

(2)根据需要打印模型的特征边进行分块处理，分块后，确定主模块。需要打印的模型由于分块切割，会在主模块上留下截面，取截面的重心作为这个面的参考点；

(3)计算各个分块制造叠加方向与主模块制造叠加方向之间的夹角；

(4)按照步骤(3)中算出的夹角将各分块按X轴进行旋转；

(5)将模型旋转后的各个分块及主模块分别用切片软件进行切片处理；

(6)在生成各分块打印路径时，依据计算所得到的夹角，利用五轴打印平台，将接收平台旋转至对应的角度；

(7)确定各分块打印路径的坐标转换关系，最终生成各分块的G代码(3D打印切片生成的指令,其作用是快速定位)；

(8)将各分块的G代码进行组合，上传至五轴打印平台的上位机控制软件中，实现无支撑打印。