CN108000866B - 一种单线条螺旋连续打印的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及工业级熔融沉积打印技术领域内一种单线条螺旋连续打印的方法，使用切片软件处理待打印的三维模型生成用于打印的G代码，按螺旋单线条以打印速度F进行打印，打印路径的坐标值为（X，Y，Z，A），其中A表示（X，Y，Z）三维坐标点的挤出量。本发明的单线条螺旋连接打印方法，对现有的工业级打印方法进行二次改进，将逐层累加的打印方法修改为连续螺旋上升的打印工艺，消除了打印过程中层与层之间的交替衔接过程，打印过程中打印头无停顿，从而避免了分层打印中层与层交替衔接处的缺陷。
Description
技术领域
本发明涉及工业级熔融沉积打印技术领域，特别涉及一种单线条螺旋连续打印的方法，用于打印单线条产品。
背景技术
熔融沉积技术(FDM)打印材料一般为可塑性塑料。桌面级的FDM打印机经过多年的发展已趋于成熟，以打印产品为主，但打印速度慢，效率低下。工业级FDM打印机主要服务于制造业，比如打印铸造用模具。到目前为止，工业级打印机虽然打印效率相对较高，但是受其打印方法影响，打印出来的产品质量不及桌面机打印的产品。但是经过试验论证，使用工业级FDM打印机打印单线条的产品，能够满足快速高效的要求，而且可打印更大尺寸的产品，特别是中空结构的产品。
现有的工业级FDM打印机在打印单线条产品时，使用专用的切片软件处理模型，生成打印G代码，然后将生成的G代码导入机械设备，使打印路径及熔融挤出量按照G代码设定的标准进行打印。以某产品的第五层为例，现有的软件处理后得到的G代码为：
G01 X248.3040 Y280.5810 A-1.7546
G01 X254.0190 Y273.2190 A-1.7896
G01 X256.1220 Y270.1180 A-1.8037
G01 X258.4450 Y265.9190 A-1.8217
G01 X261.3240 Y259.3120 A-1.8488
G01 X267.2530 Y247.5510 A-1.8983
G01 X272.8360 Y233.2690 A-1.9559
G01 X274.3380 Y228.7440 A-1.9739
G01 X275.0670 Y225.0180 A-1.9881
G01 X275.4570 Y220.9460 A-2.0035
G01 X275.7770 Y213.1700 A-2.0327
G92 A0.0000
(LAYER_NO 5)
G01 Z-10.0000 F800
(CONTOUR)
G01 X275.5350 Y211.4170 F10000
G01 F7500
G01 X275.3850 Y208.3130 A-0.0117
G01 X274.9610 Y204.7740 A-0.0251
G01 X273.5220 Y197.6160 A-0.0525
G01 X272.0110 Y186.4270 A-0.0950
G01 X270.4480 Y180.3290 A-0.1186
G01 X267.9350 Y172.0590 A-0.1511
G01 X266.8720 Y169.4090 A-0.1618
G01 X265.3200 Y166.6900 A-0.1736
G01 X263.4900 Y164.2540 A-0.1851
G01 X258.4120 Y158.3640 A-0.2143
G01 X255.8610 Y155.8970 A-0.2276
G01 X253.3160 Y153.9610 A-0.2396
G01 X247.7850 Y150.4640 A-0.2642
其中，(LAYER_NO)—层的概念，用以说明即将进行的是第几层；X—x轴方向的坐标值；Y—y轴方向的坐标值；Z—z轴方向的坐标值；A—挤出量；F—挤出速度；(CONTOUR)—开始打印轮廓；G92 A0.0000—上一层结束，下一层开始，并对A值清零。每层中只有同时出现X，Y，A时才能称作一个坐标值，每出现一个G92A0.0000代表第n层结束，第(n-1)层开始。
单线条打印产品的方法是逐层打印。上一层打印结束之后，打印头停顿，此时对A值清零，然后赋一个Z值，即打印头抬高或者工作台下降的距离Z，并在相应的挤出速度下，控制挤出量完成下一层轮廓打印。由G代码可以看出：每一层的轮廓都是由多个(X，Y)坐标点构成，并且每个(X，Y)坐标点下的挤出量不同。采用这样的打印方法，打印头在每个G92A0.0000处都会停顿一下，然后打印头抬高或工作台下降一个Z的距离，并对A值清零。一方面，在这一停一起/降的过程中，由于刚刚融化的塑料还没有完全凝固，熔融塑料粘着在打印头上造成每层开始打印的部位存在缺陷。另一方面，由于打印设备腔体里材料的流性，在打印头停顿的部位也容易形成表面缺陷，这样的打印方法打印出的产品在各打印层结束和开始的部位有材料堆积和缺失是不可避免的，因而造成打印产品的缺陷。
可见，采用现有打印方法打印出的单线条产品存在缺陷的主要原因，在于层与层之间的连接方法上的不足，反映到G代码上是由于每层打印完成即每个G92 A0.0000处的打印头停顿。
发明内容
本发明针对现有技术中打印单线条产品时存在的因打印头停顿而造成的缺陷，提供一种单线条螺旋连续打印的方法，以避免打印过程中打印头停顿，提高打印质量和打印效率。
本发明的目的是这样实现的，一种单线条螺旋连续打印的方法，使用切片软件处理待打印的三维模型生成用于打印的G代码，按螺旋单线条以打印速度F进行打印，打印路径的坐标值为(X，Y，Z，A)，其中A表示(X，Y，Z)三维坐标点的挤出量。
本发明的单线条螺旋连接打印方法，对现有的工业级打印方法进行二次改进，将逐层累加的打印方法修改为连续螺旋上升的打印工艺，消除了打印过程中层与层之间的交替衔接过程，打印过程中打印头无停顿，从而避免了分层打印中层与层交替衔接处的缺陷。
单线条螺旋连续打印的方法中，Z值的按如下方法确定：
①计算每层线条的总长度：
Ln＝∑Lnm(m≥2) (公式2)
其中，Ln：第n层线条的总长度；Lnm：相邻两个(X,Y)坐标之间的距离；Xnm：第n层第m个X的坐标值；Ynm：第n层第m个Y的坐标值；
②计算第n层第一行与第(n-1)层最后一行的距离L’n
其中，X(n－1)m和Y(n－1)m分别表示第(n-1)层最后一行的X、Y值。
③计算每一层中的每个Z值
其中，第n层第m行的X,Y,Z,A的坐标中的Z坐标值记为Znm。
上述单线条螺旋连续打印的方法中，A值的按如下方法确定：
Anm＝A原nm+(n-1)层最后一个A值 (公式6)
Anm表示的第n层第m行的A值，A原nm表示现有的第n层第m行的A值。
根据本发明的单线条螺旋连接打印方法的要求，对切片软件生成的G代码进行如下处理，保留第一次出现的G92 A0.0000、第一次出现的G01 Z F和第一次出现的G01 F外，删除G代码出现的LAYER_NO、CONTOUR和再次出现的G92 A0.0000、G01 Z F及G01 F。
具体实施方式
下面以具体实施例详细说明本发明的单线条螺旋连续打印的方法。
首先使用切片软件处理待打印的三维模型生成用于打印的G代码，按螺旋单线条以打印速度F进行打印，打印路径的坐标值为(X，Y，Z，A)，其中A表示(X，Y，Z)三维坐标点的挤出量。
其中，本实施例的单线条螺旋连续打印的方法中，Z值的按如下方法确定：
①计算每层线条的总长度：
Ln＝∑Lnm(m≥2) (公式2)
其中，Ln：第n层线条的总长度；Lnm：相邻两个(X,Y)坐标之间的距离；Xnm：第n层第m个X的坐标值；Ynm：第n层第m个Y的坐标值；
②计算第n层第一行与第(n-1)层最后一行的距离L’n
其中，X(n－1)m和Y(n－1)m分别表示第(n-1)层最后一行的X、Y值。
③计算每一层中的每个Z值
其中，第n层第m行的X,Y,Z,A的坐标中的Z坐标值记为Znm。
本实施例的另一个关键参数A值的按如下方法确定：
Anm＝A原nm+(n-1)层最后一个A值 (公式6)
Anm表示的第n层第m行的A值，A原nm表示现有的第n层第m行的A值。
本实施例的单线条螺旋连接打印方法中，需对切片软件生成的G代码进行如下处理，保留第一次出现的G92 A0.0000、第一次出现的G01 Z F和第一次出现的G01F外，删除G代码出现的LAYER_NO、CONTOUR和再次出现的G92 A0.0000、G01 Z F及G01 F。上述对G代码处理过程可以利用一种基于计算机语言编写的软件进行处理，处理后的G代码可以在Windows系统中运行的程序。通过该软件按上述螺旋打印要求处理的前述某产品的第五层产品的G代码为：
G01 X248.3040 Y280.5810 Z-7.7264 A-1.7546
G01 X254.0190 Y273.2190 Z-7.7609 A-1.7896
G01 X256.1220 Y270.1180 Z-7.7747 A-1.8037
G01 X258.4450 Y265.9190 Z-7.7924 A-1.8217
G01 X261.3240 Y259.3120 Z-7.8191 A-1.8488
G01 X267.2530 Y247.5510 Z-7.8678 A-1.8983
G01 X272.8360 Y233.2690 Z-7.9245 A-1.9559
G01 X274.3380 Y228.7440 Z-7.9421 A-1.9739
G01 X275.0670 Y225.0180 Z-7.9561 A-1.9881
G01 X275.4570 Y220.9460 Z-7.9712 A-2.0035
G01 X275.7770 Y213.1700 Z-8.0000 A-2.0327
G01 X275.3850 Y208.3130 Z-8.0179 A-2.0444
G01 X274.9610 Y204.7740 Z-8.0311 A-2.0578
G01 X273.5220 Y197.6160 Z-8.0579 A-2.0852
G01 X272.0110 Y186.4270 Z-8.0995 A-2.1277
G01 X270.4480 Y180.3290 Z-8.1227 A-2.1513
G01 X267.9350 Y172.0590 Z-8.1545 A-2.1838
G01 X266.8720 Y169.4090 Z-8.1650 A-2.1945
G01 X265.3200 Y166.6900 Z-8.1765 A-2.2063
G01 X263.4900 Y164.2540 Z-8.1877 A-2.2178
G01 X258.4120 Y158.3640 Z-8.2163 A-2.2470
G01 X255.8610 Y155.8970 Z-8.2294 A-2.2603
G01 X253.3160 Y153.9610 Z-8.2412 A-2.2723
G01 X247.7850 Y150.4640 Z-8.2653 A-2.2969
……
由G代码可以更加明了的看出，螺旋连续打印就是去掉所有影响打印效果的因素，把打印轮廓/路径更改为(X，Y，Z，A)的坐标点。本发明的单线条螺旋连接打印方法，对现有的工业级打印方法进行二次改进，将逐层累加的打印方法修改为逐层连续螺旋上升的打印工艺，消除了打印过程中层与层之间的交替衔接过程，打印过程中打印头无停顿，从而避免了分层打印中层与层交替衔接处的缺陷。
Claims (3)
1.一种单线条螺旋连续打印的方法，使用切片软件处理待打印的三维模型生成用于打印的G代码，按螺旋单线条以打印速度F进行打印，打印路径的坐标值为(X，Y，Z，A)，其中A表示(X，Y，Z)三维坐标点的挤出量；其特征在于，Z值按如下方法确定：
①计算每层线条的总长度：
Ln＝∑Lnm(m≥2) (公式2)
其中，Ln：第n层线条的总长度；Lnm：相邻两个(X，Y)坐标之间的距离；Xnm：第n层第m个X的坐标值；Ynm：第n层第m个Y的坐标值；
②计算第n层第一行与第(n-1)层最后一行的距离
其中，X(n-1)m和Y(n-1)m分别表示第(n-1)层最后一行的X、Y值；
③计算每一层中的每个Z值
其中，第n层第m行的X，Y，Z，A的坐标中的Z坐标值记为Znm。
2.根据权利要求1所述的单线条螺旋连续打印的方法，其特征在于，挤出量A值的按如下方法确定：
Anm＝A原nm+(n-1)层最后一个A值 (公式6)
Anm表示第n层第m行的A值，A原nm表示现有的第n层第m行的A值。
3.根据权利要求1所述的单线条螺旋连续打印的方法，其特征在于，对切片软件生成的G代码进行如下处理，保留第一次出现的G92 A0.0000、第一次出现的G01 Z F和第一次出现的G01 F外，删除G代码出现的LAYER_NO、CONTOUR和再次出现的G92 A0.0000、G01 Z F及G01F。
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