[发明专利]一种基于五轴打印平台沿轴向打印弯管的3D打印方法

权利要求书

1.一种基于五轴打印平台沿轴向打印弯管的3D打印方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步：利用计算机辅助设计软件建立制件三维模型，使模型两端尽量处于水平位置，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，和绕Z轴旋转的C轴，即打印平台旋转轴；

第三步：读取STL文件中的三角面片，提取三维模型的中性骨架点集；

第四步：对提取到的中性骨架点集进行曲线拟合得到模型的中性骨架曲线，并用空间坐标方程表示得到的中性骨架曲线；

第五步：根据模型的中性骨架曲线弧长，结合打印精度要求，对中性骨架曲线进行分段，以垂直于中性骨架曲线切线方向的平面为切平面，求出切平面与中性骨架曲线的交点以及切平面与水平面的夹角；

第六步：根据模型的切片方法以及STL文件中的三角面片数据，获取切平面上截面的点集，通过曲线拟合获得截面方程；根据打印线宽，求出与Z轴方向平行的切平面上弯管的坐标，以及打印时平台C轴需要转动的角度；具体为：

与Z轴方向平行的切平面上弯管的坐标求解的具体方法为：

若原有的切片模型上没有一个与Z轴方向平行的切平面，则增加一个与Z轴方向平行的切平面；根据截面方程，由弧长微分公式，求出该切平面上截面方程曲线的弧长，根据打印线宽，对弧长进行平均分段，分段的端点即为打印路径上的点，再根据弧长微分公式以及截面方程，求出点的坐标以及打印时平台C轴需要转动的角度；

第七步：通过旋转以及平移截面的方法，将切平面与水平面的夹角转换为截面的旋转角，求出其他切平面上弯管的坐标；具体为：

其他切平面上弯管坐标求解的具体方法为：

将已知的与Z轴方向平行的切平面旋转一定的角度，使旋转后的切平面与所求的切平面相平行，得到一组坐标，再将旋转后的切平面平移一定的距离，即得到所求切平面上弯管的坐标；或者，先将已知的与Z轴方向平行的切平面平移一定的距离，再旋转一定的角度，也能得到所求切平面上弯管的坐标；用这种方法，即得到所有切平面上弯管的坐标；

第八步：根据平台C轴需要转动的角度，求出打印时模型的坐标；

第九步：生成G代码，将G代码导入五轴3D打印机主控板中，在已有支撑上实现打印。

2.根据权利要求1所述的一种基于五轴打印平台沿轴向打印弯管的3D打印方法，其特征在于，所述第八步打印时模型坐标求解的具体方法为：

打印时，喷头沿轴向打印一条路径，平台的C轴就旋转一个角度，如此反复，直到打印完成；喷头走的一条路径就是经过所有切平面上的一组对应点，一组对应点就对应一个旋转角度；以C轴为旋转中心，将每一组对应点的坐标根据其对应的旋转角度进行坐标转换，即得到打印时模型的坐标。

3.根据权利要求1所述的一种基于五轴打印平台沿轴向打印弯管的3D打印方法，其特征在于，所述第九步生成G代码并实现打印的具体方法为：

打印时喷头移动的坐标为第八步中所求得的坐标，C轴旋转角度为第六步中所求得的C轴旋转角度，生成G代码；打印前，先在平台上安装支撑，将平台的A轴旋转90度，将G代码导入五轴3D打印机主控板中，实现打印。