一种基于阶梯斜高和体积误差的3D打印自适应分层方法技术

本发明专利技术公开了一种基于阶梯斜高和体积误差的3D打印自适应分层方法，具体为：首先，求当前层的最小高度差Δh

【技术实现步骤摘要】
一种基于阶梯斜高和体积误差的3D打印自适应分层方法


[0001]本专利技术属于3D打印
，具体涉及一种基于阶梯斜高和体积误差的3D打印自适应分层方法。

技术介绍

[0002]3D打印是基于零件模型采用逐层堆积方式完成零件的加工。采用3D打印加工零件时，其无需考虑其复杂性，也无需设计和制造加工用专用模具或刀具，因此3D打印已在各行各业中得到了广泛应用，特别适用于单件生产。
[0003]3D打印是采用逐层堆积方式完成模型的成型，所以需要对被打印零件的模型进行分层处理。3D打印的关键是在保证零件打印精度的条件下提高其打印速度。打印速度与打印精度相互制约，因此，如何根据模型的特征自动调节打印厚度以兼顾打印精度和打印效率是3D打印研究的重点问题之一。由于自适应分层算法能根据模型的特征使用不同的打印厚度，可以做到兼顾模型打印精度的同时提高打印效率，因此，对3D打印的研究中，分层算法的研究主要集中在自适应分层算法的改进上。
[0004]目前，常用的自适应分层算法中，基于阶梯斜高的自适应分层算法分层依据片面，不能完全体现模型的表面特征；基本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于阶梯斜高和体积误差的3D打印自适应分层方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：步骤1，定义允许阶梯斜高C
max
、允许体积误差ΔV
max
、最小打印厚度ΔH
min
和最大打印厚度ΔH
max
；设置模型总高H和首层坐标Z0；步骤2，求当前分层面的最小高度差Δh
min
和最大高度差Δh
max
；步骤3、根据ΔH
min
、ΔH
max
以及Δh
min
和Δh
max
，选当前分层面的打印厚度Δh
i
，并根据条件选择相应的操作；当ΔH
min
≤Δh
min
或ΔH
min
≥Δh
max
，则Δh
i
＝ΔH
min
，跳转到步骤8；当ΔH
max
≤Δh
min
，则取Δh
i
＝ΔH
max
，进入步骤4；否则，取Δh
i
＝min{ΔH
max
,Δh
max
}，进入步骤4；步骤4，计算以Δh
i
为打印厚度进行打印时产生的最大体积误差Δv
max
；步骤5，比较最大体积误差Δv
max
与允许体积误差ΔV
max
的关系，若Δv
max
<ΔV
max
，则跳转至步骤8；否则计算最大阶梯斜高c
max
；步骤6，判断最大阶梯斜高c
max
与允许阶梯斜高C
max
的关系；若c
max
<C
max
，则跳转至步骤8，反之，跳转至步骤7；步骤7，对Δh
i
层厚进行切分；步骤8：以Δh
i
为打印层厚打印前，以分层面Z＝Z
i+1
(Z
i+1
＝Z
i
+Δh
i
)来切分模型，提取模型轮廓并对零件进行打印。2.根据权利要求1一种基于阶梯斜高和体积误差的3D打印自适应分层方法，其特征在于，所述步骤2中，具体为：设当前分层面为第i层，沿打印方向即Z向的层高为Z
i
；与第i分层面即Z＝Z
i
平面相交的三角形面片
△
ABC中，设第j个三角形面片为S
j
，其三个顶点的坐标分别为(x
j1
,y
j1
,z
j1
)、(x
j2
,y
j2
,z
j2
)、(x
j3
,y
j3
,z
j3
)，计算三角形面片S
j
最高顶点的Z坐标Z
i,j,max
和最低顶点的Z坐标Z
i,j,min
，如式(1)和式(2)所示；Z
i,j,max
＝max{z
j1
，z
j2
，z
j3
}
ꢀꢀꢀꢀ
(1)；Z
i,j,min
＝min{z
j1
，z
j2
，z
j3
}
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)；且Z
i,j,min
≤Z
i
≤Z
i,j,max
，则三角形面片S
j
的高度差Δh
ij
，如式(3)所示；Δh
ij
＝Z
i,j,max
‑
Z
i
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)；与当前分层面即Z＝Z
i
平面相交的所有三角形面片S
j
高度差Δh
ij
的最小值和最大值即为最小高度差Δh
min
和最大高度差Δh
max
，如式(4)和式(5)所示；Δh
min
＝min{Δh
ij
}
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)；Δh
max
＝max{Δh
ij
}
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)；式中，j＝1,
……
,m，m是与第i分层面即Z＝Z
i
平面相交的三角形面片的个数。3.根据权利要求2一种基于阶梯斜高和体积误差的3D打印自适应分层方法，其特征在于，所述步骤4中，具体为：步骤4.1，根据三角形面片S
j
的三顶点坐标(x
j1
,y
j1
,z
j1
)、(x
j2
,y
j2
,z
j2
)、(x
j3
,y
j3
,z
j3
)求得其法矢量N
j
；已知打印方向即模型成型方向为d，则N
j
与d间的夹角θ
j
满足式(6)；步骤4.2，计算以Δh
i
为打印厚度打印时第i和第i+1分层面即Z＝Z
i
和Z＝Z
i+1
平面间三
角形面片的台阶效应最大时产生的最大体积误差Δv
max
。4.根据权利要求3一种基于阶梯斜高和体积误差的3D打印自适应分层方法，其特征在于，所述步骤4.2中，具体如下：三角形面片S
j
与以Δh
i
为打印厚度打印形成的轮廓间形成了打印误差即体积误差ΔV
ij
，ΔV
ij
采用式(7)求得：ΔV
ij
＝S
ij
l
ij
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)；式中，S
ij
表示因打印厚度Δh
i
导致的实际打印产生的轮廓与模型的理想轮廓在分层面Z＝Z
i
和Z＝Z
i+1
平面间的三角形面积；l
ij
表示分层面Z＝Z
i
和Z＝Z
i+1
平面与模型轮廓上三角形面片S
j
相交所得梯形或三角形的中线长度；S
ij
的计算如式(8)所示：将式(6)、(8)代入(7)中可得式(9)：当前打印层产生的最大体积误差Δv
max
为：Δv
max
＝max{ΔV
ij
}；当θ
j
的取值范围为θ
j
∈[π/2+2kπ,π+2kπ]时，体积误差取绝对值；当θ
j
＝2kπ时，体积误差为零；以打印厚度Δh
i
进行3D打印时，当前分层面Z＝Z
i
和打印后形成的分层面Z＝Z
i+1
与三角形面片S
j
的相交情况有12种，分三种情况求解l
ij
；第一种情况：两相邻分层面Z＝Z
i
和Z＝Z
i+1
平面同时与三角形面片两边均相交且相邻分层面间无三角形面片顶点，分层面即Z＝Z
i
和Z＝Z
i+1
平面与三角形面片S
j
各边的交点坐标P
j1
(x
pj1
,y
pj1
,z
pj1
)、P
j2
(x
pj2
,y
pj2
,z
pj2
)、O
j1
(x
oj1
,y
oj1
,z
oj1
)、O
j2
(x
oj2
,y
oj2
,z
oj2
)，由此可得线段P
j1
P
j2
和O
j1
O
j2
，如式(10)及式(11)所示；，如式(10)及式(11)所示；l
ij
的长度如式(12)所示：其中，P
j1
(x
pj1
,y
pj1
,z
pj1
)、P
j2
(x
pj2
,y
pj2
,z
pj2
)、O
j1
(x
oj1
,y
oj1
,z
oj1
)、O

【专利技术属性】
技术研发人员：史恩秀，赵光远，肖进泉，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：