[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

说明书

本发明涉及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，首先利用计算机辅助设计软件建立制件三维模型，并依据STL文件中的法向量信息将模型表面进行顶面、侧面和底面的划分并根据连续性将模型进行分割；再将各部分模型依据其表面特征分为平面打印的平坦区和空间打印的特征区；将平坦区进行平面切片，按照预设尖角高度值自适应切片，获取路径G代码，若需要支撑则获取支撑部分的G代码；将特征区进行偏移切片获取路径G代码；将各部分路径G代码组合排序，导入五轴联动3D打印机中实现打印。本发明利用五轴联动打印机根据制件表面特征实现空间3D打印，是一种制件表面精度高、结构性能强，节约时间、节省材料的3D打印制造方式。

技术领域

本发明涉及空间3D打印技术领域，具体涉及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。

背景技术

3D打印是一种增材制造技术，以数字模型文件为基础，利用计算机将模型切成一系列有厚度的薄片，3D打印设备自下而上地制造出每一层薄片，最后叠加成形出三维的实体。这种制造技术无需传统的刀具或模具，可以实现传统工艺难以或无法加工的复杂结构的制造，并且可以有效简化生产工序，缩短制造周期。

现有的3D打印机多为三自由度，切片方式为平面切片，在制造时，层与层之间会产生阶梯效应，使表面质量下降。对于复杂模型往往需要支撑材料辅助才能打印实体，造成时间的增加和材料的浪费。由于实体沿切片方向的力学性能低于其它方向，对于沿特定方向受力或沿表面形状受力的实体其力学性能往往不能达到要求。此外，喷头的施压方向始终竖直向下，不随模型表面形状改变，也对打印实体的表面质量和力学性能产生影响。

自适应切片技术最初是为了克服阶梯效应和非常精细的几何细节所带来的问题而发展起来的。自适应切片涉及到将零件划分成不同的区域，并根据每个区域的要求使用不同厚度的层和切片方法。在支撑部分这种区域可以使用较厚的层可以节省时间，在高曲率的表面用弯曲的层进行切片，以便有效地捕捉更精细的细节，同时减少阶梯效应，在获得更好强度的同时，减少打印时间。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出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，根据模型的特点和表面特征将模型进行划分，将平面切片、曲面切片和自适应切片技术相结合，生成五轴3D打印机所识别的G代码，实现空间打印，是一种制件表面精度高、结构性能强，节约时间、节省材料的3D打印制造方式。

为达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

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，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；

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；