一种基于高斯过程和形状补偿的桥型结构高精打印方法技术

本发明专利技术公开了一种基于高斯过程和形状补偿的桥型结构高精打印方法。本发明专利技术步骤：1基于实验训练高斯过程模型，开展桥长与打印精度间的高可信度的关系预测；2基于遗传算法、蒙特卡洛模拟和训练的高斯过程模型，确定保精度免支撑的桥身高度设计数值；3根据优化结果对桥型结构模型进行补偿，通过修改桥身高度设计数值，得到经过几何补偿后的桥型结构模型；最后打印该模型并验证。本发明专利技术针对3D打印领域中常见的桥型结构模型，将高斯过程模型、遗传算法和蒙特卡洛模拟相结合，并用几何补偿方法提高打印精度和质量。解决了目前3D打印中打印桥型结构时，尽量减少支撑结构却无法保证打印精度的问题，使得桥型结构表面质量和整体打印精度都获得提高。都获得提高。都获得提高。

【技术实现步骤摘要】
一种基于高斯过程和形状补偿的桥型结构高精打印方法


[0001]本专利技术涉及3D打印领域，具体而言，涉及一种基于高斯过程和形状补偿的桥型结构高精打印方法。

技术介绍

[0002]3D打印是一种根据几何模型，将金属或塑料粉末以连续分层沉积的方式来构造物体的技术。桥型结构在几何模型中非常常见，例如几字型零件，在打印跨度较大的桥型结构时，通常需要增加支撑结构。如果没有支撑结构，3D打印逐层沉积的特性会导致桥型结构桥身打印坍塌、弯曲，亦或产生巨大的形变，导致打印失败。如果增加大量的支撑结构，则会增加额外的打印时间，且支撑结构在打印完后需要进行人工清除，这不仅会影响打印件表面质量，同时也导致打印材料的浪费。
[0003]为此，如何尽量减少支撑结构的使用，且保证桥型结构的打印质量(即精度)，是目前3D打印中打印具有桥型结构模型的一个研究重点。
[0004]为了减少支撑结构，现有工作主要分为：(1)优化打印方向，以减少对支撑结构的需求；(2)调整工艺参数，增加支撑点间可打印距离，从而减少对支撑结构的需求。然而，上述方法是一种通用的方法，无法智本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于高斯过程和形状补偿的桥型结构高精打印方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1基于实验训练高斯过程模型，开展桥长与打印精度间的高可信度的关系预测；步骤2基于遗传算法、蒙特卡洛模拟和步骤1训练的高斯过程模型，确定保精度免支撑的桥身高度设计数值；步骤3根据步骤2优化结果对桥型结构模型进行补偿，通过修改桥身高度设计数值，得到经过几何补偿后的桥型结构模型；最后打印该模型并验证。2.根据权利要求1所述的一种基于高斯过程和形状补偿的桥型结构高精打印方法，其特征在于步骤1具体实现如下：1
‑
1.基于实验获得数据，打印多组桥型结构模型，每个桥型结构模型桥身长度为l，桥身高度为h；1
‑
2.对步骤1
‑
1中打印的桥型结构模型开展测量，记录其形变大小；首先，测量桥身中心点处的桥身高度；然后，从中心点向两端均匀扩散取多个测量点，记录每个测量点与桥中心点距离为d，并记录该测量点处的桥身高度h'；1
‑
3.基于步骤1
‑
2中实际测量到的数据建立观察数据集{(x1,y1),(x2,y2),
……
,(x
n
,y
n
)}；对于观察数据集中的每一个观察测量点(x
i
,y
i
)，x
i
∈R3，即x
i
＝(l
i
,d
i
,h
i
),l
i
表示第i个观察测量点对应的桥身长度；d
i
表示第i个测量点与桥身中心点的距离；h
i
表示第i个测量点设计时的桥身高度；y
i
∈R表示在以x
i
为设计参数打印后，实际测量到的第i个测量点的桥身高度；1
‑
4.利用步骤1
‑
3中建立的观察数据集进行高斯过程模型的训练。3.根据权利要求2所述的一种基于高斯过程和形状补偿的桥型结构高精打印方法，其特征在于步骤1
‑
4具体实现如下：1
‑4‑
1.构建高斯过程模型，针对小样本数据集和小样本数据集中样本之间的相关关系生成对应的一系列符合联合正态分布的随机变量，构建输入数据与输出数据间的关联关系；高斯过程GP模型表示为如下公式f(x)～GP(m(x),k(x,x'))(1)其中，x、x'观察数据集中的训练样本，f(x)表示输入数据与输出数据间的映射关系；m(x)是高斯分布的均值，k(x,x')是核函数，即协方差函数，表示输入样本间的相关关系；1
‑4‑
2.确定高斯过程模型的核函数为指数核函数，噪声服从N(0，0.0032)的正态分布；1
‑4‑
3.为高斯过程模型设置95％的置信区间，即针对一个三维的输入，其输出在该范围内有95％的可信度。4.根据权利要求2或3所述的一种基于高斯过程和形状补偿的桥型结构高精打印方法，其特征在于步骤2具体实现如下：2
‑
1.构造随机规划模型，如下所示：其中，z为桥型结构模型在打印后所期望的桥身各个测量点处的高度值；l

【专利技术属性】
技术研发人员：潘万彬，杨烨，姜泓亦，占钰琪，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：