一种基于3D打印路径的支撑优化打印方法技术

本发明专利技术公开了一种基于3D打印路径的支撑优化打印方法，首先根据打印参数条件确定可打印的最大桥梁长度，然后根据待支撑部位的结构特征改变打印路径方向，计算所需支撑体积最小时对应的打印路径方向并确定所需支撑打印方案；本发明专利技术结合具体的打印条件对打印路线进行优化，进一步优化支撑打印方案，在保证打印质量的基础上，可显著降低所需支撑打印量并提高打印效率，有效解决现有3D打印技术在打印平面悬臂部件时需进行支撑结构打印且目前支撑打印普遍存在耗材高、费时长等问题；此外本发明专利技术所述支撑优化打印方法可有效减少支撑对被支撑平面的表面质量破坏且更易于剥离支撑，有利于进一步提升产品打印质量，适合推广应用。

A support optimization printing method based on 3D printing path

The invention discloses a support optimization printing method based on the 3D printing path. First, the maximum bridge length can be printed according to the print parameter condition, then the direction of the print path is changed according to the structure characteristics of the supporting part, the direction of the printing path corresponding to the minimum supporting volume is calculated and the required printing is determined. The scheme optimizes the print route with specific printing conditions and further optimizes the support printing scheme. On the basis of the quality of printing, it can significantly reduce the required printing quantity and improve the printing efficiency, and effectively solve the existing 3D printing technology to print the supporting structure when printing the flat cantilever parts. At present, there are many problems such as high cost and long time for supporting printing. In addition, the support optimization printing method can effectively reduce the surface quality damage of support to the supported plane and be easier to peel off the support, which is beneficial to further improve the quality of product printing and suitable for popularization.

【技术实现步骤摘要】
一种基于3D打印路径的支撑优化打印方法
本专利技术属于3D打印
，具体涉及一种基于3D打印路径的支撑优化打印方法。
技术介绍
3D打印技术是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。3D打印技术可以自动、快速、直接和精确地将计算机中的三维设计转化为实物模型，甚至直接制造零件或模具，从而有效地缩短了产品研发周期，在工业设计、建筑、工程和施工(AEC)、汽车，航空航天等领域都有着重要应用。然而，现有的FDM3D打印机由于其层层叠加的本质，在打印空洞以及悬臂时都需要进行支撑结构的打印以支撑下一层材料的打印。在打印过程中打印支撑额外增加了打印一个零件的总时间，且所有的支撑在打印完成后，都必须人工去除，浪费了材料。因此，进一步对3D打印支撑方法进行改进和优化，有效减少打印时的支撑使用，节约耗材，对3D打印技术具有重要的推进作用。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有3D打印技术在打印空洞以及悬臂部件时需进行支撑结构打印且目前支撑打印普遍存在耗材高、费时长等的问题，提出一种基于打印路径规划的支撑优化打印方法，可有效减少3D打印支撑的使用以减少耗材并提高打印效率。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种基于3D打印路径的支撑优化打印方法，它包括如下步骤：1)根据待打印产品需求，确定打印参数，根据打印参数进行打印试验，确定可打印的最大桥梁长度t(最大间隔打印距离)；2)根据待打印产品的结构特征，将需要进行支撑的平面结构投影于直角坐标系中，获取需要支撑部分的总体轮廊和需要进行支撑的支撑平面信息；3)根据所得支撑平面的轮廊信息并结合对应的悬空高度信息，计算轮廊部位需打印支撑的轮廊支撑体积Vcontour，其中Vcontour＝ScontourDnozzle，Scontour为轮廊部位需打印支撑的总面积，Dnozzle为打印喷头的直径；4)设定支撑平面中3D打印路径方向与直角坐标系中的水平方向的夹角为打印路线角度θ；5)计算总内部支撑体积：在支撑平面中，沿设定的3D打印路径方向分别找到最左和最右的两个端点A和D，在支撑平面内从A点开始沿打印路径方向按照距离t在支撑平面内间隔制作n个垂直于打印路径方向的直线段li，i取1～n，直至ln与D点的距离小于等于t，设定直线段li为第一层支撑，每个第一层支撑分别由根第二层支撑柱来支撑，根据第一层支撑长度、第二层支撑柱数量和第二层支撑柱高度hnm计算得总内部支撑体积Vinterior；6)计算沿打印路径方向打印时所需总支撑体积为V＝Vcontour+Vinterior；7)改变打印路线角度θ值，计算最小总支撑体积Vmin及对应的打印路径角度θmin，其中0°≤θ＜180°；8)按对应的打印路径方向打印所需支撑结构。上述方案中，所述待打印产品为含有悬臂结构，且悬臂结构待支撑面为平面的产品。优选的，步骤3)中轮廊切线方向与3D打印路径方向平行的部位无需打印支撑。上述方案中，所述Scontour的计算方法为：其中xB为支撑平面的轮廊周长，其中轮廊周长不计入与3D打印路径方向平行部位的长度，xC取值为0，f1(x)为支撑平面轮廊在y-z平面展开后的轮廊函数(为待打印的平面结构轮廊的高度函数)，f2(x)为支撑平面轮廊在其对应的底部有材料部位或直至打印平台上的投影轮廊在y-z平面展开后的函数(带打印的平面结构的轮廊进行投影对应的下方产品结构或打印平台的高度函数)。上述方案中，所述上述方案中，所述最小总支撑体积Vmin的计算方法见图1；其中Sum值的设定应远大于待打印物体的总体积，且其中Dnozzle数值随实际采用的3D打印机规格进行调整。上述方案中，步骤1)中所述待打印产品需求为打印温度、打印层厚度、冷却风扇速度等影响参数中的一种或几种。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：本专利技术首次提出一种基于3D打印路径的支撑结构优化打印方法，首先根据打印参数条件确定可打印的最大桥梁长度，然后根据待支撑部位的结构特征及设定的打印路径方向，计算所需支撑体积最小时对应的打印路径方向并确定所需支撑打印方案；本专利技术结合具体的打印条件并对打印路线进行优化，进一步优化支撑打印方案，在保证打印质量的基础上，可显著降低所需支撑打印量，有效减少3D打印支撑的使用量并提高打印效率；同时，由于本方法采用最大桥梁长度作为支撑，支撑与被支撑平面的接触面积显著降低，可有效减少支撑对被支撑平面的表面质量破坏且更易于剥离支撑。附图说明图1为最小总支撑体积Vmin的实施算法示意图。图2为本专利技术实施例中所述支撑优化打印方法的总支撑体积计算的流程示意图。图3为本专利技术实施例所述支撑优化打印方法中根据打印参数确定最大桥梁长度t的试验结果。图4为本专利技术应用例1中待打印产品的结构示意图，其中(a)为3D视图，(b)为主视图，(c)为俯视图；模型尺寸如图所标示，单位为mm。图5为本专利技术应用例1中，(a)Cura15.04方法中的线性支撑，(b)Cura15.04方法中的网格支撑，(c)本专利技术所述支撑优化打印方法的支撑结构示意图。图6为本专利技术应用例1中，分别利用(a)Cura15.04方法中的线性支撑，(b)Cura15.04方法中的网格支撑，(c)本专利技术所述支撑优化打印方法的支撑结构所得产品去除支撑后的表面质量示意图。图7为本专利技术应用例1中，分别利用(a)Cura15.04方法中的线性支撑，(b)Cura15.04方法中的网格支撑，(c)本专利技术所述支撑优化打印方法的支撑结构所得最终产品的结构示意图。图8为本专利技术应用例1中打印产品悬臂结构的不同打印路径示意图。图9为本专利技术应用例2中待打印产品的结构示意图。图10为本专利技术应用例2中，(a)Cura15.04方法中的线性支撑，(b)Cura15.04方法中的网格支撑，(c)本专利技术所述支撑优化打印方法的支撑结构示意图。图11为本专利技术应用例2中，分别利用(a)Cura15.04方法中的线性支撑，(b)Cura15.04方法中的网格支撑，(c)本专利技术所述支撑优化打印方法的支撑结构所得最终产品的结构示意图及其去除支撑后的表面质量示意图。具体实施方式为了更好地理解本专利技术，下面结合实施例进一步阐明本专利技术的内容，但本专利技术的内容不仅仅局限于下面的实施例。实施例1一种基于3D打印路径的支撑优化打印方法，其中对应的总支撑体积计算流程示意图见图2，具体包括如下步骤：1)根据待打印产品需求，确定打印参数，根据打印参数进行打印试验(试验结果见图3)，确定可打印的最大桥梁长度t(最大间隔打印距离)，由图3可以看出不同打印参数变化时对最大桥梁长度t的影响；2)根据待打印产品的结构特征，并将需要进行支撑的平面结构投影于直角坐标系中，并使该平面结构的长度方向平行于水平方向x轴，获取需要支撑部分的总体轮廊和需要进行支撑的支撑平面信息Area(support)，且分别标出支撑平面轮廊中的端点或拐点A、B、C、D、E、F、G；3)根据所得支撑平面的轮廊信息并结合对应的悬空高度，计算轮廊部位需打印支撑的轮廊支撑体积Vcontour，其中Vcontour＝ScontourDnozzle，Scontour为轮廊部位需打印支撑的总面积，Dnozzle为打印喷头的直径，其中xB为B点的横坐标(本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于3D打印路径的支撑优化打印方法，它包括如下步骤：1)根据待打印产品需求，确定打印参数，根据打印参数进行打印试验，确定可打印的最大桥梁长度t；2)根据待打印产品的结构特征，并将需要进行支撑的平面结构投影于直角坐标系中，获取需要支撑部分的总体轮廊和需要进行支撑的支撑平面信息；3)根据所得支撑平面的轮廊信息并结合对应的悬空高度信息，计算轮廊部位需打印支撑的轮廊支撑体积Vcontour，其中Vcontour＝ScontourDnozzle，Scontour为轮廊部位需打印支撑的总面积，Dnozzle为打印喷头的直径；4)设定支撑平面中3D打印路径方向与直角坐标系中的水平方向的夹角为打印路线角度θ；5)计算总内部支撑体积：在支撑平面中，沿设定的3D打印路径方向分别找到最左和最右的两个端点A和D，在支撑平面内从A点开始沿打印路径方向按照距离t在支撑平面内间隔制作n个垂直于打印路径方向的直线段li，i取1～n，直至ln与D点的距离小于等于t，设定直线段li为第一层支撑，每个第一层支撑分别由

【技术特征摘要】
1.一种基于3D打印路径的支撑优化打印方法，它包括如下步骤：1)根据待打印产品需求，确定打印参数，根据打印参数进行打印试验，确定可打印的最大桥梁长度t；2)根据待打印产品的结构特征，并将需要进行支撑的平面结构投影于直角坐标系中，获取需要支撑部分的总体轮廊和需要进行支撑的支撑平面信息；3)根据所得支撑平面的轮廊信息并结合对应的悬空高度信息，计算轮廊部位需打印支撑的轮廊支撑体积Vcontour，其中Vcontour＝ScontourDnozzle，Scontour为轮廊部位需打印支撑的总面积，Dnozzle为打印喷头的直径；4)设定支撑平面中3D打印路径方向与直角坐标系中的水平方向的夹角为打印路线角度θ；5)计算总内部支撑体积：在支撑平面中，沿设定的3D打印路径方向分别找到最左和最右的两个端点A和D，在支撑平面内从A点开始沿打印路径方向按照距离t在支撑平面内间隔制作n个垂直于打印路径方向的直线段li，i取1～n，直至ln与D点的距离小于等于t，设定直线段li为第一层支撑，每个第一层支撑分别由根第二层支撑柱来支撑，根据第一层支撑长度、第二层支撑柱数量和第二层支撑柱高度h...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫晰尧，谢敏，
申请(专利权)人：闫晰尧，
类型：发明
国别省市：湖北,42