[发明专利]折纸结构3D打印方法

说明书

本发明公开了一种折纸结构3D打印方法，所述方法包括软件模拟生成和实际生产两部分，所述的软件模拟生成部分用于将用户输入的折纸平面首先根据最终所要获得的折纸结构生成折痕，对其进行动态力学折叠模拟和评估，获得半折叠的无需支撑的可3D打印模型；所述的实际生产包括将所述可3D打印模型进行打印，其中折痕部位采用桥联打印方式进行3D打印。本发明的方法可以更快更有效的完成折叠过程，同时能够生产不同物理属性的折纸结构。此外，本方法还可以通过调整打印路径和打印挤出量来创建可调的形状变化能力，从而为折痕提供可调的灵活性。

技术领域

本发明属于3D打印技术领域，涉及一种折纸结构3D打印方法。

背景技术

在折纸结构的设计和制造过程中，需要手动制造折痕，折纸经验或折叠教程，以及长时间的折叠时间。三维打印作为一种快速原型技术，通常可制造出难以物理修改的物体或实体模型，但是往往无法打印折纸结构；有必要提供一种折纸结构3D打印方法。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提出一种折纸结构3D打印方法。该方法通过垂直打印半折叠折纸结构，可以更快更有效的完成折叠过程，耗时仅为正常折纸的1/20，且该方法还可通过调整打印路径和打印挤出量来创建可调的形状变化能力，从而为折痕提供可调的灵活性。

本发明采用的技术方案如下：

折纸结构3D打印方法，包括软件模拟生成和实际生产两部分，所述的软件模拟生成部分用于将用户输入的折纸平面首先根据最终所要获得的折纸结构生成折痕，对其进行动态力学折叠模拟和评估，获得半折叠的无需支撑的可3D打印模型；所述的实际生产包括将所述可3D打印模型进行打印，其中折痕部位采用桥联打印方式进行3D打印。

进一步的，所述的软件模拟生成部分包括：

输入模型：用户输入任意大小平面模型作为基础；

生成折痕：基于各种典型折纸形状，对于输入的模型进行网格分块获得折痕，保证其可折叠能力；

动态折叠模拟：利用力学模拟软件模拟整个模型的受力情况，设置两组力，一组力用于将整个模型折叠，另一组力用于将其摊平，这两组力使得整个模型在虚拟三维空间中能够保持稳态；

可打印性评估：由于最终产品垂直于打印平面打印，应实时监测每个分块平面与打印平面的夹角，通过调整上述两组力的大小，使得模型的所有分块平面与打印平面的夹角均至少大于58.6°；获得半折叠的无需支撑的可3D打印模型。

在采用桥联打印方式打印折痕时，对于桥连打印中的空缺部分，通过控制G 代码使打印头以极限速度掠过空缺部分。

所述折纸结构与与实体模型集成，采用所述方法打印所述折纸结构，采用常规立体3D打印工艺打印所述实体模型，将两种打印方式的G代码编织在一起，在一次作业中完成打印。

该原型制作方法不仅可以将柔性物理属性附加给固化的FDM打印件，同时可以跳过冗杂的手动折纸过程，加速原型制作时间。既可以更快更有效的完成折叠过程，同时能够生产不同物理属性的折纸结构。此外，本方法通过调整打印路径和打印挤出量来创建可调的形状变化能力，从而为折痕提供可调的灵活性。通过对打印参数的系统实验，我们证明了采用本发明方法3D打印一系列半折叠折纸结构的可能性，包括基本折叠、水弹折叠、开放水槽折叠、曲线折叠、元结构折叠以及这些结构的各种组合。

附图说明

图1为几种典型折纸形状示意图；

图2为一个应用实例中动态折纸界面示意图；

图3为一个应用实例中折痕制造过程示意图；

图4为采用本发明方法打印一个不可展曲面花瓶的示意图；

图5为采用本发明方法打印一个非均质弹簧原型的示意图；