【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及3d打印，具体为一种基于数字孪生的3d打印机三维建模方法及系统。
技术介绍
1、传统的3d打印技术在不同工业领域得到广泛应用，然而，由于材料性能、打印参数、环境条件等因素的复杂交互作用，传统3d打印存在一些问题，如打印稳定性差、环境因素对打印效果的影响以及支撑结构设计的不足等。这些问题可能导致打印质量不稳定、打印过程中出现变形或支撑结构不牢固等缺陷，影响了打印效率和成品质量。
2、传统3d打印机在打印过程中，由于打印参数的不准确或环境条件的波动，打印稳定性容易受到影响，导致成品表面不光滑、层间附着性差，甚至可能出现层间剥离等问题。这限制了3d打印技术在高精度领域的应用。数字孪生建模是一种将实际物理系统或过程通过数学建模与仿真技术映射到数字化平台上的方法。它的应用领域广泛，涵盖了多个行业和领域，也适用于3d打印机领域。
技术实现思路
1、(一)解决的技术问题
2、针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种基于数字孪生的3d打印机三维建模方法及系统，以解决
技术介绍
中提到的问题。
3、(二)技术方案
4、为实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案予以实现：一种基于数字孪生的3d打印机三维建模方法，包括以下步骤，
5、步骤一、建立三维数字孪生数字模型，将待打印物体的cad模型导入三维数字孪生数字模型，利用3d扫描仪对实际物体进行扫描，生成点云数据，将点云数据导入转换用于建模的三维数字孪生数字模型中，并将待打印物体建模为
6、步骤二、实时监测采集3d打印机全程过程中的第一参数实时数据、第二实时环境数据和第三支撑结构数据，第一参数实时数据包括打印头温度wd1、打印速率sl、剩余挤出量jcl和打印头位置偏差值pcz；第二实时环境数据包括环境温度wd2、环境湿度sd、光照强度gz和空气污染颗粒浓度klnd；所述第三支撑结构数据包括支撑密度md、支撑结构与打印物体表面的夹角值jjz、支撑结构底部宽度dbkd、支撑结构上部宽度sbkd和支撑应力系数ylx；
7、步骤三、将第一参数实时数据、第二实时环境数据和第三支撑结构数据输入至三维数字模型中，分析计算获得：打印稳定系数dyx、环境影响系数hjx和支撑牢固系数lgx；并将打印稳定系数dyx、环境影响系数hjx和支撑牢固系数lgx相关联后获得综合评估系数pgx；
8、步骤四、当综合评估系数pgx＞第一标准阈值x时，表示当前综合评估呈现第一不合格状态；再生成第一不合格状态时，生成调控指令，并将打印稳定系数dyx与第一参数阈值q1进行对比，获得第一评估结果；将环境影响系数hjx与第二环境阈值q2对比，获得第二评估结果；将支撑牢固系数lgx与第三支撑稳定阈值q3对比，获得第三评估结果；并依据第一评估结果、第二评估结果和第三评估结果生成相对应的调控策略。
9、优选的，所述步骤一包括：
10、s11、将待打印物体的cad模型导入三维数字孪生数字模型，使用标准的cad文件格式，包括stl或obj进行导入；
11、s12、使用3d扫描仪对实际物体进行扫描，获取点云数据；确保扫描覆盖物体的各个部分，以获取完整的几何形状信息；
12、s13、将点云数据导入三维数字孪生数字模型中，并使用点云处理工具进行第一处理；第一处理包括点云的滤波、重建和平滑操作，以获取清晰的几何模型；
13、s14、基于点云数据，利用三维数字孪生数字模型内置的建模工具，将待打印物体建模为可调参数的几何形状进行第二处理；第二处理包括曲面拟合、边界提取和曲线建模步骤。
14、优选的，所述打印头温度wd1通过安装在3d打印头上的热电偶传感器测量获得；所述打印速率sl通过安装在3d打印头上的加速度传感器测量获得；所述剩余挤出量jcl通过3d打印机挤出机传感器测量获得；所述打印头位置偏差值pcz通过位置编码器测量实际打印头位置并与三维数字孪生数字模型的打印模型预设位置值对比获得。
15、优选的，所述环境温度wd2通过安装在3d打印机区域内的温度传感器测量获得；所述环境湿度sd通过安装在3d打印机区域内的湿度传感器测量获得；所述光照强度gz通过安装在3d打印机区域内的光电传感器测量获得；所述空气污染颗粒浓度klnd通过安装在3d带年纪区域内的电阻式颗粒传感器测量获得。
16、优选的，所述支撑密度md通过采集获取支撑材料结构重量zl、体积tj和表面积bmj，无量纲处理后，通过以下公式获得支撑密度md：
17、
18、所述支撑结构与打印物体表面的夹角值jjz通过角度传感器测量热床与支撑结构的角度获得；
19、所述支撑结构底部宽度dbkd和支撑结构上部宽度sbkd通过测距传感器采集获得；
20、所述支撑应力系数ylx获取的方式是：根据支撑结构的形状，设置n个位置，安装应力传感器，测量获取n个应力值为yl1、yl2、yl3、...、yln后，通过以下计算平均方式计算获得支撑应力系数ylx：
21、
22、式中，a表示为第一修正常数。
23、优选的，所述打印稳定系数dyx的获取方式为：提取第一参数实时数据中的打印头温度wd1、打印速率sl、剩余挤出量jcl和打印头位置偏差值pcz，无量纲处理后，通过以下公式生成打印稳定系数dyx：
24、
25、式中，bz1表示预设标准打印头温度阈值，bz2表示预设打印速率阈值，bz3表示预设标准剩余挤出量阈值，bz4表示预设标准打印头位置偏差值阈值；e1、e2、e3和e4表示为预设比例系数，且，0.12≤e1≤0.18，0.15≤e2≤0.22，0.20≤e3≤0.25，0.25≤e4≤0.35，且e1+e2+e3+e4≤1.0；b表示为第二修正常数；
26、所述环境影响系数hjx的获取方式为：提取第二实时环境数据中环境温度wd2、环境湿度sd、光照强度gz和空气污染颗粒浓度klnd；无量纲处理后，通过以下公式生成环境影响系数hjx：
27、
28、式中，bz5表示预设标准环境温度阈值，bz6表示预设环境湿度阈值，bz7表示预设标准光照强度阈值，bz8表示预设标准空气污染颗粒浓度阈值；e5、e6、e7和e8表示为预设比例系数，且，0.15≤e5≤0.22，0.12≤e6≤0.18，0.22≤e7≤0.25，0.32≤e8≤0.35，且e5+e6+e7+e8≤1.0；c表示为第三修正常数；
29、所述支撑牢固系数lgx的获取方式为：提取第三支撑结构数据包括支撑密度md、支撑结构与打印物体表面的夹角值jjz、支撑结构底部宽度dbkd、支撑结构上部宽度sbkd和支撑应力系数ylx；无量纲处理后，通过以下公式生成支撑牢固系数lgx：
30、
31、式中，bz9表示预设标准支撑结构密度阈值，bz10表示预设支撑结构与打印物体表面的夹角值阈值本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于数字孪生的3D打印机三维建模方法，其特征在于：包括以下步骤，
2.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的3D打印机三维建模方法，其特征在于：所述步骤一包括：
3.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的3D打印机三维建模方法，其特征在于：所述打印头温度wd1通过安装在3D打印头上的热电偶传感器测量获得；所述打印速率sl通过安装在3D打印头上的加速度传感器测量获得；所述剩余挤出量jcl通过3D打印机挤出机传感器测量获得；所述打印头位置偏差值pcz通过位置编码器测量实际打印头位置并与三维数字孪生数字模型的打印模型预设位置值对比获得。
4.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的3D打印机三维建模方法，其特征在于：
5.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的3D打印机三维建模方法，其特征在于：所述支撑密度MD通过采集获取支撑材料结构重量zl、体积tj和表面积bmj，无量纲处理后，通过以下公式获得支撑密度MD：
6.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的3D打印机三维建模方法，其特征在于：所述打印稳定系数DYx的获取方式
7.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的3D打印机三维建模方法，其特征在于：并将打印稳定系数DYx、环境影响系数HJx和支撑牢固系数LGx通过以下相关联公式生成综合评估系数PGx；
8.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的3D打印机三维建模方法，其特征在于：如果综合评估系数PGxPGx>第一标准阈值X，说明当前综合评估不合格；如果综合评估系数PGx≤第一标准阈值X，说明当前综合评估合格，继续生产；
9.根据权利要求8所述的一种基于数字孪生的3D打印机三维建模方法，其特征在于：第一调整策略包括：调整打印头温度wd1以优化熔融状态、调整打印速率sl控制层间附着性均匀的层叠，调整剩余挤出量jcl确保打印头移动时不会发生过多的材料挤出，影响3D打印质量，调整打印头位置偏差值pcz，是的每一层的打印位置准确，避免位置偏移导致结构瑕疵；
10.一种基于数字孪生的3D打印机三维建模系统，包括上述权利要求1～9任一项的一种基于数字孪生的3D打印机三维建模方法，其特征在于：包括数字孪生建模模块、实时监测模块、数字模型分析计算模块、状态评估模块与调控模块、调控策略生成模块、数字孪生模型更新模块和用户界面模块；
...【技术特征摘要】
1.一种基于数字孪生的3d打印机三维建模方法，其特征在于：包括以下步骤，
2.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的3d打印机三维建模方法，其特征在于：所述步骤一包括：
3.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的3d打印机三维建模方法，其特征在于：所述打印头温度wd1通过安装在3d打印头上的热电偶传感器测量获得；所述打印速率sl通过安装在3d打印头上的加速度传感器测量获得；所述剩余挤出量jcl通过3d打印机挤出机传感器测量获得；所述打印头位置偏差值pcz通过位置编码器测量实际打印头位置并与三维数字孪生数字模型的打印模型预设位置值对比获得。
4.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的3d打印机三维建模方法，其特征在于：
5.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的3d打印机三维建模方法，其特征在于：所述支撑密度md通过采集获取支撑材料结构重量zl、体积tj和表面积bmj，无量纲处理后，通过以下公式获得支撑密度md：
6.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的3d打印机三维建模方法，其特征在于：所述打印稳定系数dyx的获取方式为：提取第一参数实时数据中的打印头温度wd1、打印速率sl、剩余挤出量jcl和打印头位置偏差值pcz，无量纲处理...
【专利技术属性】
技术研发人员：胡添鹏，何庆，郑露文，姚炎波，
申请(专利权)人：江阴勰力机械科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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