一种FDM3D打印机优化算法制造技术

本发明专利技术公开了一种FDM3D打印机优化算法，包含以下步骤：A、STL格式数据的可视化和分层切片处理建模；B、支撑的添加优化和扫描路径合理性优化；C、预测喷头位置偏差进行动态修补控制；D、连接结构方面的优化，本发明专利技术FDM3D打印机优化算法从网络控制系统能够增加打印速度和打印精度，并且降低分层处理后薄层堆叠的层数和层厚，同时还能合理的规划打印和填充路径。

An optimization algorithm for FDM3D printer

The invention discloses an optimization algorithm for FDM3D printer, which includes the following steps: visualization of data in A and STL format and modeling of hierarchical slicing processing; optimization of adding support and rationality of scanning path; dynamic repair control by predicting sprinkler position deviation; optimization of D and connection structure. The optimization algorithm for FDM3D printer of the invention can be increased from network control system. Adding printing speed and printing accuracy, and reducing the number and thickness of thin layer stacks after layering, at the same time, it can also plan printing and filling paths reasonably.

【技术实现步骤摘要】
一种FDM3D打印机优化算法
本专利技术涉及打印机
，具体是一种FDM3D打印机优化算法。
技术介绍
3D打印技术自诞生以来,就迅速受到了快速制造行业研发人员和市场的青睐,近几年随着3D打印技术研究的投入增加，其发展已经进入高速阶段体现在精度、速度、稳定状态大幅度提升，其中FDM3D打印机因经济低廉、操作简单、材料容易获取等优点占国际市场份额达到近43％。FDM是3D打印实现技术中的一种。熔融沉积造型(FusedDepositionModeling，FDM)釆用热喷头，利用低熔点丝状材料，如蜡丝、ABS、PLA等材料按立体光刻(STL)文件分层数据控制的路径挤压并沉积在指定的位置逐层沉积，凝固成型为整个原型或零件。这一技术又称为熔化堆积法、熔融挤出成模等。FDM打印技术是快速成形技术中成形速度最快的一种，与其他的快速成形工艺相比，FDM快速成形因不需要激光，大大地降低了成本；设备小而容易操作，使用的热塑性材料等无污染，成为办公室的首选；材料不限，原形复制性高；加工周期快；可加工复杂的三维实体；PLA原材料利用率高；支撑易去除；因具有这些工艺特点而广泛的应用于各个领域，随着计算机技术的发展，该技术也越来越成熟，在机械、医学器具、航天航空、文化创意等领域迅速的发展起来。增量式3D打印机与传统减料式制造业相比在制造模型复杂度上更具优势，但3D打印无法取代传统制造业，二者只会相辅相成,形成更加完善的关系，加快生产制造的进度。相比之下，传统精密级制造加工仪器设备的加工精度为0.001mm，而目前世界上最好的FDM3D打印成型设备的加工精度为0.1mm,同为FDM3D打印机，工业级加工误差为0.2～0.4mm，桌面级加工误差为0.5～0.8mm。精度高低最主要的差距体现在软件方面，在分层切片的处理过程中，一般采用的转换格式是STL文件格式，就是将一个三维的CAD模型用一些三角面片来近似的表示，而这种近似的表示方式存在一定的缺陷，比如三角面片在近似的表示过程中容易出错，造成一些数据的遗失；同时在加工时，由于是一层一层的累积而成，精度的问题会带来参差不齐的台阶现象；在支撑添加方面，支撑的设计不合理，就会降低成形件的质量。为使桌面级FDM打印成型精度向工业级别靠拢，软件部分作为零件加工过程的核心部分影响着零件成形的速度和精度，同时支撑的添加和路径的合理还影响着零件成形的成败和效率。因此，对支撑生成技术优化和路径合理设计的研究具有重要的理论意义和现实意义。而结构是之后一切运动的基础，所以对连接结构进行优化改进。据统计，基于FDM技术的3D打印机生产的成型产品之中80％的产品仍旧是非成品件，还需要后期加工。剩下的仅有20％是最终产品。说明基于FDM技术的3D打印机还有很多地方需要改进。其中，基于FDM技术的3D打印机软件部分存在的不足包括以下几点：1)下小上大结构的物体需额外的支撑机构：受重力影响，基于FDM技术的3D打印机也不可能打印出悬空的物体，故需要在悬空物体下方额外打印支撑结构。目前3D打印机大多都是单喷头打印，单喷头打印负责打印零件表面，内部填充和外部辅助支撑等，打印速度低，打印精度低；2)经分层处理后薄层堆叠的薄层越薄，所需的层数越多，消耗的时间就越长，打印精度和速度难以同时兼顾；3)打印和填充路径设置不合理导致在大范围打印过程中空程过大，喷头需频繁开闭造成拉丝流涎现象影响精度和美观性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种FDM3D打印机优化算法，以解决所述
技术介绍
中提出的问题。为实现所述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种FDM3D打印机优化算法，包含以下步骤：A、STL格式数据的可视化和分层切片处理建模；B、支撑的添加优化和扫描路径合理性优化；C、预测喷头位置偏差进行动态修补控制；D、连接结构方面的优化。作为本专利技术的进一步技术方案：所述分层切片处理是用Z平面截取三维模型，通过平面与三角面片求交点来获取层片轮廓信息，然后判断是否需要支撑和设计填充路径。作为本专利技术的进一步技术方案：所述支撑的主要作用有：建立基础层，即在平台和原形底层之间建立缓冲层，使原形或零件制造完成后容易脱离平台，同时，基础支撑还可以给制造过程提供一个基准面；对悬空的结构和材料起支撑作用，防止新层坍塌、变形；加固构筑物，防止制造过程中原形或零件的收缩、变形位移和倒塌。作为本专利技术的进一步技术方案：所述支撑分为基础面支撑、整体支撑和局部支撑。作为本专利技术的进一步技术方案：所述连接结构包括整体框架连接结构、传送连接结构、内部连杆运动部件连接结构和打印喷头连接结构。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术FDM3D打印机优化算法从网络控制系统能够增加打印速度和打印精度，并且降低分层处理后薄层堆叠的层数和层厚，同时还能合理的规划打印和填充路径。附图说明图1为FDM软件成型系统图。图2为读取STL文件流程图。图3为连接结构优化方案示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例1：请参阅图1-3，A、STL格式数据的可视化和分层切片处理建模；三维CAD模型不能直接进行打印，必须对CAD模型进行三角化处理，转换成能够被3D打印机接受并进行处理的数字文件，用于保存三维CAD模型的文件格式有很多，比如：STL文件、STP文件、CLI文件、IGES文件等。STL文件结构简单，几乎所有的软件都支持该文件格式，因此，被认为是快速成形制造中的一种标准数据格式，关键算法的研究需要对此格式文件进行真实感图形显示和可视化并分层处理，分层切片处理就是用Z平面截取三维模型，通过平面与三角面片求交点来获取层片轮廓信息，然后判断是否需要支撑和设计填充路径，通过软件建模实现STL文件的可视化和切片为支撑和扫描路径优化提供先决条件。B、支撑的添加优化和扫描路径合理性优化；由于FDM快速成形技术的特点，对零件进行加工时，支撑的主要作用有：建立基础层，即在平台和原形底层之间建立缓冲层，使原形或零件制造完成后容易脱离平台，同时，基础支撑还可以给制造过程提供一个基准面；对悬空的结构和材料起支撑作用，防止新层坍塌、变形；加固构筑物，防止制造过程中原形或零件的收缩、变形位移和倒塌，所以把支撑分为基础面支撑、整体支撑和局部支撑，现有局部支撑算法实现的实际支撑难以去除对美观性和实用性造成影响并浪费材料由此做出优化；FDM加工零件时，因为需要逐层积累，喷头要来回的做扫描运动，因此扫描路径的生成十分重要，影响着零件加工的质量和效率，现有扫描路径发展到分区分形扫描可以减少喷头“抬刀”次数，可以进一步对如何分区生成最优化路径做出研究减少甚至完全避免拉丝现象。C、预测喷头位置偏差进行动态修补控制；现有的打印过程为控制器直接控制喷头移动打印，因结构连接误差或者温度影响打印路径可能偏离切片时设定的扫描路径从而影响整体模型造成精度不高，对此进行改进实现对喷头准确位置动态修补稳定控制。D、连接结构方面的优化；对大型FDM3D打印机而言结构稳定尤为重要，将打印机的连接结构主本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种FDM3D打印机优化算法，其特征在于，包含以下步骤：A、STL格式数据的可视化和分层切片处理建模；B、支撑的添加优化和扫描路径合理性优化；C、预测喷头位置偏差进行动态修补控制；D、连接结构方面的优化。

【技术特征摘要】
1.一种FDM3D打印机优化算法，其特征在于，包含以下步骤：A、STL格式数据的可视化和分层切片处理建模；B、支撑的添加优化和扫描路径合理性优化；C、预测喷头位置偏差进行动态修补控制；D、连接结构方面的优化。2.根据权利要求1所述的一种FDM3D打印机优化算法，其特征在于，所述分层切片处理是用Z平面截取三维模型，通过平面与三角面片求交点来获取层片轮廓信息，然后判断是否需要支撑和设计填充路径。3.根据权利要求1所述的一种FDM3D打印机优化算法，其特征在于，所述支撑的主要作用有：建立基础层，即在...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕宁，王少飞，段崇阳，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23