[发明专利]基于模型表面特征混合自适应切片的五轴联动3D打印方法

权利要求书

1.一种基于模型表面特征混合自适应切片的五轴联动3D打印方法，其特征在于，包括以下操作步骤：

第一步：利用计算机辅助设计软件建立制件三维模型，并以STL格式存储数据文件；

第二步：将模型置于空间直角坐标系下，根据五轴联动3D打印机的特点，增加绕X轴旋转的A轴，即打印平台摆动轴，以及绕Z轴旋转的C轴，即打印平台旋转轴；

第三步：利用STL文件中各三角面片的法向量与Z轴正方向之间的夹角，识别制件模型的顶面、底面与侧面；(修改为：利用STL文件中各三角面片的外法向量与Z轴正方向之间的夹角进行聚类，根据自定义角度将制件模型的三角面片分为顶面、底面与侧面三类；)

第四步：判断底面和顶面是否连续，若底面不连续但与底面沿Z方向所对应的顶面连续则视为一部分，若底面不连续且与底面沿Z方向所对应的顶面同样不连续，则利用相邻两底面的侧面将模型分割，并确定整体模型打印顺序和各部分模型打印方向；

第五步：将各部分模型再依据其表面特征和其预设表面分层厚度、层数分为平面打印的平坦区和空间打印的特征区；

第六步：将平坦区用垂直于Z轴的平面切片，按照预设尖角高度值自适应切片厚度，获取作为平坦区的路径G代码，同时判断是否需要支撑，若需要支撑则获取支撑的路径G代码；所述第六步中自适应切片的具体方法为：

每层切片之间的夹角，即β定义为：β＝cos^-1(h/t)；

其中h：尖角高度，t：层厚；在β给定条件下，根据h的值，调节每层切片的厚度t；

第七步：将特征区表面按预设厚度进行三角面片偏移切片，提取三角面片的法向量信息作为A轴转向角度，并用一组平行于YOZ面的平面与三角面片相交，平面间隔与预设表面分层厚度相等，生成特征区路径G代码；所述第七步中的三角面片偏移切片的具体方法为：

在空间中要做偏移的三角面片的一个顶点定义为：

其中三角面片的法向量；偏移点在笛卡尔坐标系的参考矢量；d₀：常数；

因为三角面片的顶点由三个具有不同法线方向的平面相交唯一表示，除需偏移的三角面片外，共用此偏移顶点的另两个平面的法向量为有d₁、d₂为常数；

当时，沿三角面片法线向量反方向平移距离t，t即为层厚，有：

建立矩阵[N]＝[N₀ N₁ N₂]^T、[D]＝[d₀-t d₁-t d₂-t]^T、[V]为坐标向量矩阵，有：[N][V]＝[D]；

解得：[V]＝[N]^-1[D]，即能够确定一个偏移点，每三个偏移点形成新的偏移层三角面片；

第八步：将平坦区、支撑、特征区路径G代码组合排序，导入五轴联动3D打印机主控板中，实现打印。

2.根据权利要求1所述的基于模型表面特征混合自适应切片的五轴联动3D打印方法，其特征在于，所述第二步中增加打印机平台A轴和C轴的五轴联动3D打印机能够实现喷头沿成型表面的切向方向运动，其挤出压力在成型表面的法线方向上，并且减少支撑。

3.根据权利要求1所述的基于模型表面特征混合自适应切片的五轴联动3D打印方法，其特征在于，所述第三步中的模型划分的具体方法为，夹角角度区分顶面：0°～45°；侧面：45°～135°；底面：135°～180°。