CN109109311A - 一种基于fdm技术的产品成型方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了3D打印技术领域内的一种基于FDM技术的产品成型方法，包括以下打印步骤：（1）根据输入的底面的二维图形数据，打印底面的第一层图形的沿周轮廓；（2）以上次打印结束点为打印底面内部结构的起始点，通过往复运动方式打印内部结构；（3）待第一层图形打印完毕后，打印头按照二维图形数据设定的坐标移动至下一层图形的沿周轮廓，并返回至步骤（1），直至完成底面所有层图形的打印；（4）打印头移动至底面图形的沿周轮廓上；（5）打印头按照设计的螺旋上升路径开始打印侧壁，直至侧壁打印完毕；（6）若产品有顶面，返回步骤（1），使用打印底面相同的方法完成顶面的打印；否则打印结束；本发明打印效率高。

Description

一种基于FDM技术的产品成型方法
技术领域
本发明涉及3D打印技术领域，特别涉及一种基于FDM技术的壳体类产品的成型方法。
背景技术
FDM即为熔融沉积成型是3D打印技术的一种，其在3D打印领域有着至关重要的地位。FDM成型技术主要依靠打印头和打印平台的移动实现三维立体模型的构建。在整个3D打印过程中，线材扮演着至关重要的地位，FDM设备将材料在半流体状态时挤压出来，材料顺时凝固成有轮廓的薄层，层层的堆积形成整个三维零件。其优点在于尺寸精度稳定，使用寿命长，制作周期短，逐步开始应用在了各个行业中。
鉴于FDM的以上工作原理，这些年FDM桌面机打印小型工艺类产品已经得到较好的发展，但由于其打印效率的限制，使得FDM技术在工业领域的推广受限，目前适用于工业应用的FDM打印设备可一次挤出的线宽在2mm-20mm之间，由于线材线宽比桌面机大10-100倍，在此角度上提升了FDM设备的打印效率，但仍不是很乐观。特别是针对壳体类产品，通常采用逐层叠加打印的方法进行打印，出现不断的跳层操作，跳层操作打断了打印的连续性，跳层时打印头会停止打印材料的挤出，打印效率低下。
发明内容
本发明提供一种使基于FDM技术的产品成型方法，解决现有技术中打印效率低下的技术问题，本发明打印连续，打印效率高。
本发明的目的是这样实现的：一种基于FDM技术的产品成型方法，包括以下打印步骤：
（1）根据输入的底面的二维图形数据，打印底面的第一层图形的沿周轮廓，沿周轮廓至少打印一圈；
（2）沿周轮廓打印完毕后，以上次打印结束点为打印底面内部结构的起始点，开始以线条方式通过往复运动打印内部结构；
（3）待第一层图形打印完毕后，打印头按照二维图形数据设定的坐标移动至下一层图形的沿周轮廓，并返回至步骤（1），直至完成底面所有层图形的打印才执行下一步动作；
（4）打印完底面的所有层图形后，打印头按照二维图形数据设定的坐标移动至底面图形的沿周轮廓上；
（5）打印头按照设计的螺旋上升路径开始连续打印侧壁，直至侧壁打印完毕；
（6）若产品有顶面，返回步骤（1），使用打印底面相同的方法完成顶面的打印；否则打印结束。
为了进一步提高打印的效率，使得打印头螺旋上升的方法如下：
(501)将产品的三维模型切片得到每层图形的三维数据信息，并将每层图形的三维数据信 息转化为每层图形的二维图形数据，产品总切分层数为n；
(502)按照逐层叠加路径输出底面的打印代码，设定底面的层数为N、层厚为D，其中，层厚的单位为mm；
(503)计算第N+1层的沿周轮廓周长L，将连续的沿周轮廓用各个紧密相连的离散点来表 示，具体为(x1，y1x1，y1)，(x2，y2x2，y2)，(x3，y3x3，y3)，......，(xm，ymxm，ym)，以设定 的二维离散点来表示第N+1层的沿周轮廓的周长L，如公式(1)；
其中，m为离散点数量，(xj，yj)是第j个点的坐标，1≤j≤m；
(504)计算沿周轮廓上各离散点在高度方向的移动距离zp，具体的为，当打印头从第k点 移动到第p点时，需要上升的高度方向的距离zp可按照公式(2)计算，同时，在此高度方向移动过程中打印头的进给量ap可按照公式(3)进行计算；
其中，S为挤出螺杆截面积、ρ为流通系数；
(505)计算打印头从当前层i起始点移动到p点，在螺旋上升高度方向上的绝对移动距离 Zp，其按照公式(4)计算；
(506)计算打印头从当前层i起始点移动到p点，在螺旋上升高度方向上打印材料的绝对 进给量Ap，其按照公式(5)计算；
(507)根据p点的坐标、计算出来的打印头从k点移动到p点的绝对移动距离以及绝对进给量，螺旋上升打印侧壁；
(508)判断是否满足N+1≤n这一条件，若满足，则螺旋上升路径算法运算结束，侧壁打印完毕；否则，N+1后得到的值为打印层数N的实际值，返回步骤(501)。
作为本发明的进一步改进，所述打印头挤出材料的线宽不超过20mm，侧壁的壁厚不超过20mm；此设计可做到打印头行走一圈，即可完成侧壁全部厚度的打印。
为了进一步提高打印时的可靠性，使得打印头螺旋上升的方法还包括以下步骤：
将打印头的挤出轴的当前位置偏置为0；
其中，步骤（a）在所述步骤（507）和（508）之间；此设计可避免打印头的挤出轴累计运行位置达到挤出轴的最大工作位置，防止PDM设备停机。
本发明中，在打印底面或顶面时，先打印外延轮廓，后将内部结构划分成若干线条，沿着线条以往复运动的路径方式打印好内部结构，在最大程度上减少打印头停止工作和跳转的次数，提高了打印效率；通过设置螺旋上升打印路径方法打印壳体的侧壁，实现连续不断的打印，进一步提高打印效率，同时可避免产生拉丝，提高产品的层间质量；另外，通过将壳体类产品的侧壁设置为螺旋上升打印路径，使得只需要输出以此切片后的二维图形数据，而不需要进行打印前的二次处理，提高了设备的利用率；本发明可应用于打印如花瓶、花盆、酒瓶、杯子、盒子、球体等各类容器产品。
附图说明
图1为本发明中螺旋上升打印路径方法的流程框图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明
如图1所示的一种基于FDM技术的产品成型方法，包括以下打印步骤：
（1）根据输入的底面的二维图形数据，打印底面的第一层图形的沿周轮廓，沿周轮廓至少打印一圈；
（2）沿周轮廓打印完毕后，以上次打印结束点为打印底面内部结构的起始点，开始以线条方式通过往复运动打印内部结构；
（3）待第一层图形打印完毕后，打印头按照二维图形数据设定的坐标移动至下一层图形的沿周轮廓，并返回至步骤（1），直至完成底面所有层图形的打印才执行下一步动作；
（4）打印完底面的所有层图形后，打印头按照二维图形数据设定的坐标移动至底面图形的沿周轮廓上；
（5）打印头按照设计的螺旋上升路径开始连续打印侧壁，直至侧壁打印完毕；
（6）若产品有顶面，返回步骤（1），使用打印底面相同的方法完成顶面的打印；否则打印结束。
为了进一步提高打印的效率，使得打印头螺旋上升的方法如下：
(501)将产品的三维模型切片得到每层图形的三维数据信息，并将每层图形的三维数据信 息转化为每层图形的二维图形数据，产品总切分层数为n；
(502)按照逐层叠加路径输出底面的打印代码，设定底面的层数为N、层厚为D，其中，层厚的单位为mm；
(503)计算第N+1层的沿周轮廓周长L，将连续的沿周轮廓用各个紧密相连的离散点来表 示，具体为(x1，y1)，(x2，y2)，(x3，y3)，......，(xm，ym)，以设定的二维离散点来表示第N+1层 的沿周轮廓的周长L，如公式(1)；
其中，m为离散点数量，(xj，yj)是第j个点的坐标，1≤j≤m；
(504)计算沿周轮廓上各离散点在高度方向的移动距离zp，具体的为，当打印头从第k点 移动到第p点时，需要上升的高度方向的距离zp可按照公式(2)计算，同时，在此高度方向移动过程中打印头的进给量ap可按照公式(3)进行计算；
其中，S为挤出螺杆截面积、ρ为流通系数；
(505)计算打印头从当前层i起始点移动到p点，在螺旋上升高度方向上的绝对移动距离 Zp，其按照公式(4)计算；
(506)计算打印头从当前层的i点移动到p点，在螺旋上升高度方向上打印材料的绝对进 给量Ap，其按照公式(5)计算；
(507)根据p点的坐标、计算出来的打印头从k点移动到p点的绝对移动距离Zp以及绝对进给量Ap，螺旋上升打印侧壁(1≤p≤m)；
(508)判断是否满足N+1≤n这一条件，若满足，则螺旋上升路径算法运算结束，侧壁打印完毕；否则，N+1后得到的值为打印层数N的实际值，返回步骤(501)。
为了进一步提高打印时的可靠性，使得打印头螺旋上升的方法还包括以下步骤：
将打印头的挤出轴的当前位置偏置为0；
其中，步骤（a）在所述步骤（507）和（508）之间。
本实施例中，打印头挤出材料的线宽不超过20mm，侧壁的壁厚不超过20mm；此设计可做到打印头行走一圈，即可完成侧壁全部厚度的打印。
本实施例中的离散点数量m可根据不同打印层的侧壁大小设置，不同打印层对应的离散点数量m可设置成不同的数值，并不是恒定的数值。
本发明中，在打印底面或顶面时，先打印外延轮廓，后将内部结构划分成若干线条，沿着线条以往复运动的路径方式打印好内部结构，在最大程度上减少打印头停止工作和跳转的次数，提高了打印效率；通过设置螺旋上升打印路径方法打印壳体的侧壁，实现连续不断的打印，进一步提高打印效率，同时可避免产生拉丝，提高产品的层间质量；另外，通过将壳体类产品的侧壁设置为螺旋上升打印路径，使得只需要输出以此切片后的二维图形数据，而不需要进行打印前的二次处理，提高了设备的利用率；本发明可应用于打印如花瓶、花盆、酒瓶、杯子、盒子、球体等各类容器产品。
不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种基于FDM技术的产品成型方法，其特征在于，包括以下打印步骤：
(1)根据输入的底面的二维图形数据，打印底面的第一层图形的沿周轮廓，沿周轮廓至少打印一圈；
(2)沿周轮廓打印完毕后，以上次打印结束点为打印底面内部结构的起始点，开始以线条方式通过往复运动打印内部结构；
(3)待第一层图形打印完毕后，打印头按照二维图形数据设定的坐标移动至下一层图形的沿周轮廓，并返回至步骤(1)，直至完成底面所有层图形的打印才执行下一步动作；
(4)打印完底面的所有层图形后，打印头按照二维图形数据设定的坐标移动至底面图形的沿周轮廓上；
(5)打印头按照设计的螺旋上升路径开始连续打印侧壁，直至侧壁打印完毕；
(6)若产品有顶面，返回步骤(1)，使用打印底面相同的方法完成顶面的打印；否则打印结束。
2.根据权利要求1所述的一种基于FDM技术的产品成型方法，其特征在于，使得打印头螺旋上升的方法如下：
(501)将产品的三维模型切片得到每层图形的二维图形数据，产品总切分层数为n；
(502)按照逐层叠加路径输出底面的打印代码，设定底面的层数为N、层厚为D，其中，层厚的单位为mm；
(503)计算第N+1层的沿周轮廓周长L，将连续的沿周轮廓用各个紧密相连的离散点来表示，具体为(x1，y1x1，y1)，(x2，y2x2，y2)，(x3，y3x3，y3)，......，(xm，ymxm，ym)，以设定的二维离散点来表示第N+1层的沿周轮廓的周长L，如公式(1)；
其中，m为离散点数量，(xj，yj)是第j个点的坐标，1≤j≤m；
(504)计算沿周轮廓上各离散点在高度方向的移动距离zp，具体的为，当打印头从第k点移动到第p点时，需要上升的高度方向的距离zp可按照公式(2)计算，同时，在此高度方向移动过程中打印头的进给量ap可按照公式(3)进行计算；
其中，S为挤出螺杆截面积、ρ为流通系数；
(505)计算打印头从当前层i起始点移动到p点，在螺旋上升高度方向上的绝对移动距离Zp，其按照公式(4)计算；
(506)计算打印头从当前层i起始点移动到p点，在螺旋上升高度方向上打印材料的绝对进给量Ap，其按照公式(5)计算；
(507)根据p点的坐标、计算出来的打印头从k点移动到p点的绝对移动距离以及绝对进给量，螺旋上升打印侧壁；
(508)判断是否满足N+1≤n这一条件，若满足，则螺旋上升路径算法运算结束，侧壁打印完毕；否则，N+1后得到的值为打印层数N的实际值，返回步骤(501)。
3.根据权利要求2所述的一种基于FDM技术的产品成型方法，其特征在于，使得打印头螺旋上升的方法还包括以下步骤：
(a)将打印头的挤出轴的当前位置偏置为0；
步骤(a)在所述步骤(507)和(508)之间。
4.根据权利要求1～4任一项所述的一种基于FDM技术的产品成型方法，其特征在于，所述打印头挤出材料的线宽不超过20mm，侧壁的壁厚不超过20mm。
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