CN113538697A - 热床蠕变效应凹陷的修复方法、装置、存储介质及终端 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了热床蠕变效应凹陷的修复方法、装置、存储介质及终端，首先对3D打印的热床平台的凹陷进行获取，建立模型后，通过一系列数据转化，形成3D打印机识别的G‑code指令，并通过3D打印，对凹陷模型进行修补；避免出现打印材料与打印平台粘接不牢、打印件底部翘曲、凌空抽丝等现象，提高成型质量。
Description
技术领域
本发明涉及FDM I3型打印机的热床调平技术领域，具体涉及热床蠕变效应凹陷的修复方法、装置、存储介质及终端。
背景技术
3D打印技术最早出现于20世纪80年代，是一种使用计算机控制的，依赖于数字模型的，以液态树脂、丝状塑料或金属粉末等为原料的，通过逐层堆积成型来制造物件的技术。基于不同的成型原理，目前主流的3D打印制造技术主要有：熔融堆积成型（FDM）或热熔丝制造（FFF）、光固化成型（SLA）、激光粉末烧结型（SLS）以及三维胶合成型（3DP）等。随着3D打印技术的发展，其已经从早期的产品原型和模型模具的制造中，过渡到了产品的直接生产与加工上，在工程、工业、航空、航天、汽车、电子以及医疗等不同的领域中得到了广泛的运用。
FDM型3D打印机的热床平台为方形的金属板状，规格为305×305×3mm；热床的加热部件位于中心位置，其规格大小20×20mm，这就造成了热床的中心位于与边缘位置有4-5℃的温度差，温度高的地方膨胀较大，温度低的地方膨胀较小；因为热床为四个角固定的结构，热床平台在热应力与自身重力的作用下，会发生蠕变效应，导致热床平台中间部位发生凹陷现象；一般在工作60小时左右，中心区域会凹陷0.1mm，随着工作时长的增加，从而导致中心区域与四周区域形成一个中间低四周高的曲面，在Z轴方向上存在一定的高度差；然而FDM I3型打印机成型过程中，打印第一层的好坏决定着整个模型的成型质量；若热床平台不平会出现熔融材料挤出困难、喷嘴剐蹭热床平台、打印材料与打印平台粘接不牢、打印件底部翘曲、凌空抽丝等现象，严重影响着成型质量。
3D打印机在工作之前，需要先进行调平，即保证打印喷头距离热床任何一点的距离都相等，否则会对零件、样品的成型精度甚至能否成型产生重要影响；现有的调平方式是通过使用者手动依次调节几个固定打印平台的螺丝松紧度进行调平；这种调平方式需要凭借使用者的丰富经验才能够达到要求，且耗时耗力非常繁琐；而且热床平台中间部位发生凹陷现象后，无论如何调节都无法将热床平台调平；基于此技术背景之下，发明人设计一种热床平台蠕变效应的凹陷修复方法，并设计应用此方法的凹陷修复装置。
发明内容
本发明的目的在于提供热床蠕变效应凹陷的修复方法、装置、存储介质及终端，以实现对3D打印热床平台的凹陷检测与凹陷修补。
本发明采用的技术方案如下：一种热床平台蠕变效应凹陷修复方法,包括如下步骤：
S1、获取热床平台预设填补区域划分的坐标点信息，形成点云模型；
S2、对点云模型进行增厚赋值，形成新的增厚点云模型；
S3、将获取的增厚点云模型通过Delaunay三角剖分算法转化为STL模型；并采集STL模型的三角面片的三点坐标与法向量坐标；
S4、根据三角面片的三点坐标与法向量坐标，建立拓扑关系，形成三角面片拓扑关系数据；
S5、将获取的三角面片执行等厚分层算法，得到分层轮廓线；
S6、将分层轮廓线转化为G-code指令输出进行打印。
具体的，填补区域划分是基于对模型大小成型区域，由模型成型区域进行边界扩张1.2倍，形成热床平台的调平区域；对调平区域进行均匀宫格的划分，并对每个宫格的边角与中心进行打点形成点云模型。
进一步，将点云模型的最外围四个边界点（A1、A2、A3、A4）的Z轴坐标值进行比较，四个边界点的Z轴坐标的最大值沿着Z轴方向增加
，形成一个新的坐标点
；将新的坐标点
的Z轴坐标赋值于A2、A3、A4，形成三个新的坐标点
、
、
；在点云模型的上方形成一个立方体点坐标模型，形成新的增厚点云模型。
具体的，三角面片拓扑关系数据是通过如下步骤获取：
S501、定义某个三角面片为基准三角面片，获取基准三角面片的坐标点；
S502、以基准三角面片的上任意两个坐标点寻找与基准三角面片相邻的三角面片；
S503、以目前获取的三角面片的坐标点继续寻找相邻的三角面片，形成三角面片拓扑关系数据。
本发明还公开一种热床平台蠕变效应凹陷的修补装置，包括：
数据采集模块，用于获取热床平台预设填补区域划分的坐标点信息，形成点云模型；
再处理模块，用于对点云模型进行增厚赋值，形成新的增厚点云模型；
数据转化模块，将获取的增厚点云模型通过Delaunay三角剖分算法转化为STL模型；并采集STL模型的三角面片的三点坐标与法向量坐标；
拓扑关系模块，用于根据三角面片的三点坐标与法向量坐标，建立拓扑关系，形成三角面片拓扑关系数据；
等厚分层模块，用于将获取的三角面片执行等厚分层算法，得到分层轮廓线；
转化输出模块，将分层轮廓线转化为G-code指令输出进行打印。
本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述方法的步骤。
本发明还提供了一种移动终端，包括移动终端本体和控制器，控制器包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行程序时实现上述方法的步骤。
根据本申请的技术方案，对3D打印的热床平台的凹陷进行获取，建立模型后，通过一系列数据转化，形成3D打印机识别的G-code指令，并通过3D打印，对凹陷模型进行修补；补平热床平台的凹陷；避免出现打印材料与打印平台粘接不牢、打印件底部翘曲、凌空抽丝等现象，提高成型质量。
附图说明
图1为本发明的修补方法流程示意图。
图2为本发明的虚拟装置示意图。
图3为本发明的调平区域示意图。
图4为本发明的宫格划分示意图。
图5为本发明的点云模型（参数放大数倍后）示意图。
图6为本发明的凹陷模型（参数放大数倍后）示意图。
图7为本发明的面片模型（参数放大数倍后）示意图。
图8为本发明的X轴、Y轴、Z轴坐标及法向量数据表。
图9为本发明的拓扑关系示意图。
图10为本发明的三角面片拓扑关系数据。
图11为本发明的等厚分层算法示意图。
图12为本发明的实物图（参数放大数倍后）。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明作进一步的详细介绍，以下所述，仅用以说明本发明的技术方案而非限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通；对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
随着工作时长的增加，热床平台在热应力与自身重力的作用下，会发生蠕变效应，导致热床平台中间部位发生凹陷现象，现有的调平方式是通过使用者手动依次调节几个固定打印平台的螺丝松紧度进行调平；这种调平方式需要凭借使用者的丰富经验才能够达到要求，但是热床平台中间部位发生凹陷现象后，无论如何调节都无法将热床平台调平，因此发明人设计一种热床平台蠕变效应凹陷的修补装置及凹陷修复方法。
如图1所示，一种热床平台蠕变效应凹陷修复方法，包括如下步骤；
S1、获取热床平台预设填补区域划分的坐标点信息，形成点云模型；
如图3-5所示，具体来说，填补区域划分是通过对模型大小进行分析可知模型的成型区域，由模型成型区域进行边界扩张1.2倍，形成热床平台的调平区域；对调平区域进行均匀宫格的划分，每个宫格约为5×5mm，并对每个宫格按1-2-3-4-5的顺序进行打点；坐标信息可以通过Touch传感器与数据采集模块连接后，将Touch传感器绑在3D打印喷头上，3D打印机填补区域划分方式对热床平台进行数据采集，每个宫格的边角与中心点形成点云模型记录于数据采集模块；采集时是以3D打印原始坐标为基准，按照预设填补区域划分与路径进行打点采集。
S2、对点云模型进行增厚赋值，形成新的增厚点云模型；
具体来说，将点云模型的最外围四个边界点（A1、A2、A3、A4）的Z轴坐标值进行比较，四个边界点的Z轴坐标的最大值沿着Z轴方向增加
形成一个新的坐标点
，
可以是正向移动0.5mm；将新的坐标点
的Z轴坐标赋值于A2、A3、A4，形成三个新的坐标点
、
、
；在点云模型的上方形成一个立方体点坐标模型，形成新的增厚点云模型；如图5所示是增厚点云模型的示意图，由于真是凹陷较小，区分度不明显，附图五为参数放大数倍后的示意图。
S3、将获取的增厚点云模型通过Delaunay三角剖分算法转化为STL模型；
如图7所示，一种实施方式是，对增厚点云模型通过Geomagic Warp进行处理得到STL模型，STL模型是等厚分层算法的标准模型，坐标点处理后增加5-8倍。
S4、采集STL模型的三角面片的三点坐标与法向量坐标；
如图8所示，横坐标1-3为三角面片的第一点的X轴、Y轴、Z轴坐标；横坐标4-6为三角面片的第二点的X轴、Y轴、Z轴坐标；横坐标7-9为三角面片的第二点的X轴、Y轴、Z轴坐标，横坐标10-12为该三角面片的法向量坐标；纵坐标代表面片标号，表中第一行为1号面片的三点坐标及法向量坐标。
S5、建立拓扑关系，形成三角面片拓扑关系数据，具体来说，如图9所示；
S501、以1号面片为起始面片获取三角面片的坐标点；
S502、以1号面片的上任意两个坐标点寻找与1号面片相邻的三角面片；
具体来说，相邻的两个三角面片，有两个坐标点是相同的，以此关系来寻找相邻的三角面片；
S503、以目前获取的三角面片的坐标点继续寻找相邻的三角面片，形成三角面片拓扑关系数据；
如图10所示，该三角面片拓扑关系数据，1号面片分别与2号面片、3号面片9号面片相邻；对三角面片进行排序，确定三角面片之间的位置关系。
S6、将获取的三角面片执行等厚分层算法，得到分层轮廓线；
具体来说，如图11所示，对三角面片执行等厚分层算法，每个切面与三角面片形成两个交点；Z轴坐标相同的多个点形成一个封闭的分层轮廓线。
S7、将分层轮廓线转化为G-code指令输出进行打印（具体生成方法待补充）；
将得到的分层轮廓线，转化为打印机能够读取的G-code指令，控制着打印机进行成型制造，从而完成对凹陷区域的填补。
实施例一
现有的3D打印机包括打印机本体及驱动打印机的喷头在X轴、Z轴方向上移动的执行机构；打印机本体为框架结构，底部具有热床，热床可以在Y轴方向上移动，通过喷头与热床平台的配合以对样件的成型；本发明的打印机的喷头包括用于打印模型第一喷头用于修补的第二喷头，第一喷头打出成型耗材，第二喷头喷出水溶性PVA耗材；通过上述方法得到的G-code文件导入3D打印机，通过第二喷头控制挤出水溶性材料；水溶性材料打印出与热床平台凹陷相吻合的底座之后，通过第一喷头打印模型；打印完成后，整体成型后取下溶于水，使PVA耗材的水溶性底座溶解，将底座与热床平台分离；再将粘接在一起的底座与模型泡入水中，使PVA耗材的底座溶解；在热床平台在产生蠕变效应凹陷的情况下，提高模型的成型质量。
实施例二
修复装置还可以是独立式的修复个体，也就是在本实施例下，修复装置只进行修复，不进行3D打印；修复装置为一个单喷头3D打印机，打印机的上料组件上安装修补耗材，修补耗材通过单喷头对待修补的热床平台进行整体修复，修补耗材为金属耗材或者其它冷却后与热床平台不分离的材质；当然修补耗材的熔点要高于加热部件的加热温度；修复后的的热床平台，重新安装会其原来的打印机上。
尽管参照前述实例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行和修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种热床平台蠕变效应凹陷修复方法,其特征在于，包括如下步骤：
S1、获取热床平台预设填补区域划分的坐标点信息，形成点云模型；
S2、对点云模型进行增厚赋值，形成新的增厚点云模型；
S3、将获取的增厚点云模型通过Delaunay三角剖分算法转化为STL模型；并采集STL模型的三角面片的三点坐标与法向量坐标；
S4、根据三角面片的三点坐标与法向量坐标，建立拓扑关系，形成三角面片拓扑关系数据；
S5、将获取的三角面片执行等厚分层算法，得到分层轮廓线；
S6、将分层轮廓线转化为G-code指令输出进行打印。
2.根据权利要求1所述的一种热床平台蠕变效应凹陷修复方法，其特征在于，填补区域划分是基于对模型大小成型区域，由模型成型区域进行边界扩张1.2倍，形成热床平台的调平区域；对调平区域进行均匀宫格的划分，并对每个宫格的边角与中心进行打点形成点云模型。
3.根据权利要求1所述的一种热床平台蠕变效应凹陷修复方法，其特征在于，将点云模型的最外围四个边界点（A1、A2、A3、A4）的Z轴坐标值进行比较，四个边界点的Z轴坐标的最大值沿着Z轴方向增加
，形成一个新的坐标点
；将新的坐标点
的Z轴坐标赋值于A2、A3、A4，形成三个新的坐标点
、
、
；在点云模型的上方形成一个立方体点坐标模型，形成新的增厚点云模型。
4.根据权利要求1所述的一种热床平台蠕变效应凹陷修复方法，其特征在于，三角面片拓扑关系数据是通过如下步骤获取：
S501、定义某个三角面片为基准三角面片，获取基准三角面片的坐标点；
S502、以基准三角面片的上任意两个坐标点寻找与基准三角面片相邻的三角面片；
S503、以目前获取的三角面片的坐标点继续寻找相邻的三角面片，形成三角面片拓扑关系数据。
5.一种热床平台蠕变效应凹陷的修补装置，其特征在于，包括：
数据采集模块，用于获取热床平台预设填补区域划分的坐标点信息，形成点云模型；
再处理模块，用于对点云模型进行增厚赋值，形成新的增厚点云模型；
数据转化模块，将获取的增厚点云模型通过Delaunay三角剖分算法转化为STL模型；并采集STL模型的三角面片的三点坐标与法向量坐标；
拓扑关系模块，用于根据三角面片的三点坐标与法向量坐标，建立拓扑关系，形成三角面片拓扑关系数据；
等厚分层模块，用于将获取的三角面片执行等厚分层算法，得到分层轮廓线；
转化输出模块，将分层轮廓线转化为G-code指令输出进行打印。
6.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-4任一项所述方法的步骤。
7.一种移动终端，包括移动终端本体和控制器，其特征在于，控制器包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行程序时实现如权利要求1-4任一项所述方法的步骤。
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