[发明专利]金属微滴3D打印成型轻质点阵夹芯板轨迹规划方法

说明书

本发明涉及一种金属微滴3D打印成型轻质点阵夹芯板轨迹规划方法，属于3D打印技术领域。基于轻质点阵结构的结构特征与几何尺寸，依据微滴3D打印逐点离散制造的工艺特点，将轻质点阵的连续几何模型离散化为适用于均匀微滴3D打印的离散液滴模型，再通过矩阵的齐次坐标变换对离散液滴模型进行空间阵列化，按照特征沉积策略排布液滴坐标，协同优化液滴搭接点结合情况，从而完成轨迹规划并最终输出数控打印程序。本方法有效地提高了轻质点阵夹芯板打印轨迹规划方法的轨迹精度，同时具备高稳定性、高可调性和高适配性，可实现不同结构尺寸的金属微滴3D打印轻质点阵夹芯板的打印轨迹快速规划。

技术领域

本发明属于3D打印技术领域，具体涉及一种金属微滴3D打印成型轻质点阵夹芯板的特征沉积轨迹规划方法，特别涉及微滴3D打印金字塔型轻质点阵夹芯板的特征沉积打印轨迹规划方法。

背景技术

随着航空航天技术进步，飞行器结构朝着轻质化和多功能集成化方向发展，以更好适应极端的工作环境。航空用轻质结构中，三维轻质点阵夹芯板结构是由节点、杆、板等按照一定规则周期性排列的三维多孔夹芯板结构，具有轻质、高比强度、高比刚度、高能减震、散热等性能，并可根据需求嵌入功能元件，实现隐身、吸波、散热等多功能化要求，是一种新型的多功能工程结构，在航空航天、交通能源等领域具有广泛的应用前景。然而，轻质点阵结构由于其自身结构固有的复杂性，此类结构对现有制造方法提出了挑战。

金属增材制造方法常用来制备金属轻质点阵夹芯板结构。SLS(激光选域烧结)技术制备的轻质点阵结构疏松多孔，表面粗糙度和力学性能较差；SLM(激光选域熔融)技术成型轻质点阵综合力学性能较好，但由于其工艺限制，工艺要求杆单元与水平面夹角必须保持30°以上，且由于其制造温度过高，存在热应变或残余应力等缺陷。

均匀金属微滴喷射3D打印技术，是一种新型的快速成型技术。该技术具有喷射材料范围广、无约束自由成形和无需昂贵专用设备等优点，在微小复杂金属件制备、电路打印与电子封装以及结构功能一体化零件制造等领域具有广泛应用前景，可以制备出大尺寸、高精度的轻质点阵夹芯板结构。现有的均匀金属微滴3D打印轨迹规划方法为STL模型切片法，该种方法适用于大型实体零件的轨迹规划，规划枝状结构零件时易受STL模型精度与切片算法的影响，可能出现液滴错层或不搭接等情况，因此不适用于轻质点阵夹芯板的高精度轨迹规划。

文献“D.K.K.Jayabal,″3D Printing Support-Less Engineered LatticeStructures Via Jetting of Molten Aluminum Droplets.″Order No.22619058,Rochester Institute of Technology,Ann Arbor,2019.”，公开了一种轻质点阵打印轨迹规划方法，该文使用结构计算方法生成微滴3D打印轻质点阵结构打印轨迹。首先对模型尺寸与打印参数进行定义，然后通过Visual Basic语言编写程序，通过起点位置与沉积间隔逐点相加的方法计算出每颗液滴的打印坐标，输出为Excel表格，最后根据逐层打印顺序导出G代码，从而完成轻质点阵打印轨迹规划。该轨迹规划方法为逐层沉积法，轨迹空行程多，打印效率较低，且会累积运动平台的回程误差，导致精度较低；同时规划过程繁琐，需要借助Excel进行中间处理；未对点阵结构搭接处交点液滴的优化，点阵搭接处强度低，难以生成多胞元、高精度的微滴3D打印轻质点阵夹芯板结构打印轨迹。

中国发明专利“CN200910021831.6”公开了一种微滴3D打印轨迹规划方法，首先根据零件的数字模型，运用层面算法提取出零件每层的几何信息和材料信息，其次生成每层层面对应的基板运动轨迹，完成轨迹规划方法。然而，该轨迹规划方法需先根据轻质点阵夹芯板的结构设计出STL模型，再进行切片与填充路径规划，轨迹规划过程中的路径数据由底层切片引擎计算，无法在规划中实时调节液滴沉积位置，且在打印由单颗液滴构成的枝状结构时精度较低，易产生错层或不搭接等情况。

发明内容

要解决的技术问题