一种基于等值线的功能梯度材料3D打印路径规划方法技术

本发明专利技术涉及一种基于等值线的功能梯度材料3D打印路径规划方法，其包括以下步骤：1)对功能梯度材料模型进行分层切片处理；2)建立模型的材料分布函数；3)建立材料分布函数在层切平面上的梯度投影；4)根据材料梯度投影特性建立基于材料等值线的打印路径。本发明专利技术对功能梯度材料零件建立了统一的材料梯度数学模型，能够根据材料梯度投影特性生成基于等值线的扫描路径。该方法只需存储模型的几何信息和材料函数表达式，而无需复杂的内部结构体素计算和距离变换，避免了后续加工路径的二次离散化，从而实现几何建模、材料表达、路径规划的有效融合。

A 3D printing path planning method of FGM based on isoline

【技术实现步骤摘要】
一种基于等值线的功能梯度材料3D打印路径规划方法
本专利技术涉及3D打印
，具体涉及一种基于等值线的功能梯度材料3D打印路径规划方法。
技术介绍
功能梯度材料(FunctionallyGradientMaterials，FGM)是应现代航天航空工业等高
的需要，通过设计材料的构成要素从表面到内部呈连续梯度变化，从而使构件的整体性能得以满足而发展起来的一种新型功能材料。在制造FGM零件过程中，由于要考虑零件的形状、材料的成分与分布等信息，FGM零件的制造工艺规划远比匀质材料零件要复杂的多。现阶段对功能梯度材料的研究主要集中在计算机三维建模上，如体素法、有限元法、B样条法等等，但这些方法均未考虑后续的加工工艺规划问题，将会导致加工过程中材料信息的二次离散化，增加梯度材料信息误差。目前利用3D打印技术来制造FGM零件越来越得到广泛地应用，由于3D打印以数字化的形式逐点逐层累加材料，可以通过控制原材料中不同组分的比例变化方便地实现复杂梯度材料的制备，因此利用3D打印技术制造FGM零件具有其他传统工艺无法比拟的优越性。然而，如何将FG本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于等值线的功能梯度材料3D打印路径规划方法，其特征在于，其包括以下步骤：/n步骤一、构建功能梯度材料零件三维几何模型，将模型所定义的几何空域V划分为多个子空间域V

【技术特征摘要】
1.一种基于等值线的功能梯度材料3D打印路径规划方法，其特征在于，其包括以下步骤：
步骤一、构建功能梯度材料零件三维几何模型，将模型所定义的几何空域V划分为多个子空间域Vm，且每个子空间域Vm的材料分布不同，然后对模型进行分层切片处理以获取各层切片轮廓数据；
步骤二、建立子空间域Vm中任意一点P(x，y，z)关于其中一种材料的分布函数f(x，y，z)，并根据f(x，y，z)获取各材料在该子空间域Vm中的成分百分比变化公式；
步骤三、获取f(x，y，z)在点P(x，y，z)的梯度向量其中，分别代表f(x，y，z)对x、y、z的偏导数，并将梯度向量投影在层切平面上，得到梯度投影
步骤四、根据梯度投影特性，将每层切片打印区域离散为一系列材料值相等的等值线路径，然后将等值线路径上各点坐标代入步骤二中的成分百分比公式获得其材料成分值。


2.根据权利要求1所述的一种基于等值线的功能梯度材料3D打印路径规划方法，其特征在于，步骤二中：对于子空间域Vm由A、B、C三种材料组成的模型，建立Vm中的任意一点P(x，y，z)关于材料A的分布函数：f(x，y，z)：Vm→[s，t]，然后根据各材料成分百分比之和为1的关系，获得A、B、C三种材料的成分百分比mA、mB、mC分别为：其中，s、t为函数f(x，y，z)在Vm内的最小值和最大值，mAs、mAt为材料A在f(x，y，z)取得最小值、最大值处的成分百分比，H为常数，0≤H≤1，当H＝0，子空间域Vm由两种材料构成。


3.根据权利要求1所述的一种基于等值线的功能梯度材料3D打印路径规划方法，其特征在于，所述步骤四中梯度投影包括零梯度投影、一维梯度投影和二维梯度投影。


4.根据权利要求3所述的一种基于等值线的功能梯度材料3D打印路径规划方法，其特征在于，当梯度投影为零梯度投影时，即时，采用任意形式的扫描路径，包括平行线扫描路径或偏置扫描路径。


5.根据权利要求3所述的一种基于等值线的功能梯度材料3D打印路径规划方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴婷，张礼兵，
申请(专利权)人：嘉兴学院，
类型：发明
国别省市：浙江;33