CN114770926A - 基于fdm成型技术减少翘曲变形路径规划方法 - Google Patents

基于fdm成型技术减少翘曲变形路径规划方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于FDM成型技术减少翘曲变形路径规划方法，具体包括如下步骤：步骤1，根据纵向切片法则，将三维模型分成底层、过渡层及顶层；步骤2，规划轮廓圈路径；步骤3，按照步骤2规划的路径依次进行底层、过渡层及顶层打印。采用本发明方法可以减少零件打印过程中的翘曲变形。

Description

基于FDM成型技术减少翘曲变形路径规划方法
技术领域
本发明属于3D打印路径规划技术领域，涉及一种基于FDM成型技术减少翘曲变形路径规划方法。
背景技术
熔融沉积成型技术(FDM技术)的成型机理是：熔融的丝材从喷嘴挤出在平台层层叠加成型。在成型制造过程中分为三个阶段分别为：加热熔融、挤出成型和冷却固化。由于3D打印技术的本身制造工艺特点，所以在整个工艺过程中热塑性丝材会因加热和线材本身原因收缩，从而造成模型的翘曲变形，甚至影响整个模型的强度。
现有针对于减少翘曲变形的路径规划显然存在以下不足(1)分形扫描的路径生成方法以及优化算法优点：采用没有自相交的分形曲线对整个轮廓进行打印，从而能够减少翘曲变形。缺点：这种扫描填充路径及路径内部的转折次数显著增加，因此该路径更适合于激光 3D打印工艺工艺，而不适合FDM；(2)正多边形格子扫描算法优点：分区、分块扫描减少翘曲变形。缺点：路径间跳跃次数增加，不适用于FDM工艺；(3)并行栅格扫描优点：温度变化大小趋于一致，不同位置的冷却收缩将趋于同步和均匀，缺点：虽然线材温度趋于一致，但是整体模型还是会产生翘曲变形，没有针对性。
目前，在提高零件的成型质量方面对路径规划做了大量的研究，根据文章《基于FDM技术的3D打印路径规划技术研究》中提到，模型的翘曲变形与路径规划有很大关联，并且在3.3节说明正打印最初几层翘曲变形引起的变形量最大，随着打印层数的不断增长，由新打印层所引起翘曲变形的变形量将不断减小。根据文章《FDM打印的表面质量问题及改善措施》2.3节同样也提出在FDM成形工艺进行3D打印时经常会遇到基底支撑翘曲变形的问题。因此确定FDM 成型工艺翘曲的位置主要发生在底层、轮廓圈。有鉴于此，有必要提供一种路径简单清晰、路径的复杂程度均匀、针对性强的减少FDM 技术零件翘曲变形的路径规划方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于FDM成型技术减少翘曲变形路径规划方法，采用该方法可以减少零件打印过程中的翘曲变形。
本发明所采用的技术方案是，基于FDM成型技术减少翘曲变形路径规划方法，具体包括如下步骤：
步骤1，根据纵向切片法则，定义三维模型分成底层、过渡层及顶层；
步骤2，根据横向切片法则，定义三维模型分成轮廓圈、过渡圈及内圈，并规划底层中轮廓圈打印路径；
步骤3，按照步骤2规划的路径进行底层中的轮廓圈打印。
本发明的特点还在于：
步骤1中：三维模型将按照1,2,3......n层的顺序进行打印，即底层、过渡层和顶层的顺序打印；在打印底层、过渡层和顶层中的每一层时，根据横向切片法则，三维模型将按照1,2,3......q圈的顺序进行打印。
步骤1中，三维模型进行纵向分层处理后一共分成ni层，n代表层，i代表层数，其中i＝1,2,3，.....,R1,.......,n，其中nR1代表底层层数；奇数层nⅠ表示为：nⅠ＝1,3,5，......,nR11，其中nR11为靠近底层最外奇数层；偶数层表示为nⅡ，nⅡ＝2,4,6，......,nR12，其中nR12为靠近底层最外偶数层。
步骤2中，将三维模型某一层进行横向分层处理后一共分为qj圈，q代表圈，j代表圈数，其中j＝1,2,3,......,R2......q，其中qR1代表轮廓圈圈数qR2；奇数轮廓圈表示为qⅠ：qⅠ＝1,3,5,......,qR21，其中qR21为靠近轮廓圈最外奇数轮廓圈；偶数层表示为qⅡ，qⅡ＝2,4,6，......qR22，其中qR22为靠近轮廓圈最外奇数轮廓圈。
轮廓圈分为奇数轮廓圈qⅠ与偶数轮廓圈qⅡ，轮廓圈的路径规划为奇数轮廓圈qⅠ与轮廓偶数轮廓圈qⅡ交替打印，直至轮廓圈打印完毕；奇数轮廓圈与偶数轮廓圈分别按照相应的路径规划法则都分为两遍打印，即起点开始-奇数轮廓圈第一遍打印-奇数轮廓圈第二遍打印 -轮廓偶数轮廓圈第一遍打印-轮廓偶数轮廓圈第二遍-再到下一个奇数轮廓圈第一遍打印，直到轮廓圈打印结束。
奇数轮廓圈与偶数轮廓圈在第二遍打印时需要增加相应轮廓圈在第一遍打印时收缩量的补充量，直至该层轮廓圈打印完毕。
奇数轮廓圈qⅠ第一遍线材热收缩量的计算过程为：
设线材因热收缩而产生的收缩量Δx11，计算过程如公式(1)所示：
Δx11＝δ×x1×ΔT (1)；
其中，δ为材料的线性膨胀系数；x1为线材的线性尺寸；ΔT为线材在一定时间t范围内产生的温差；
计算奇数轮廓圈第一遍线材分子取向收缩量计算：线材因剪切力而产生的收缩量Δx12计算公式(2)所示：模型奇数轮廓圈第一遍实际打印长度设为x1*，如下公式(3)所示：
Δx12＝α×ε×x1×ΔT (2)；
x1*＝x1-Δx11-Δx12 (3)；
公式(2)中，α为实际加工中零件时的工艺参数设置对零件尺寸收缩产生交互影响的系数；ε为材料水平方向的收缩率；x1为线材的线性尺寸。
偶数轮廓圈qⅠ第一遍线材热收缩量计算过程如下：
采用如下公式(4)计算线材因热收缩而产生的收缩量Δx21：
Δx21＝δ×x2×ΔT (4)；
式中：x2为线材的线性尺寸；
偶数轮廓圈第一遍线材分子取向收缩量计算：线材因剪切力而产生的收缩量Δx22采用如下公式(5)计算，模型偶数轮廓圈第一遍实际打印长度设为x2*，采用如下公式(6)计算：
Δx22＝α×ε×x2×ΔT (5)；
x2*＝x2-Δx21-Δx22 (6)。
本发明的有益效果如下：
1.本发明为了减少模型因线材收缩而导致翘曲变形量，提出了一种范围明确的路径规划方法：所述路径规划的范围是指经常发生翘曲变形的底层中的轮廓圈，因此发明对模型减少翘曲变形更具有鲁棒性；
2.本发明为了减少模型因线材收缩而导致翘曲变形量，提出了一种“分段交错叠加”的路径规划方法，其所述分段是指在原来打印线性尺寸线段的基础之上分割成若干线段，根据线材的热收缩公式以及分子取向收缩公式得知，线材的线材长度与线材的收缩量成正比，也就是说线材的尺寸越长，则线材的收缩量就越大，越容易产生翘曲变形，因此本发明采用了分段式小尺寸路径规划方法，以这样的路径规划方式打印，可以尽可能地减少因线材收缩而导致翘曲变形；
3.本发明为了减少模型因线材收缩而导致翘曲变形量，提出了一种“分段交错叠加”的路径规划方法，其所述交错叠加是指在原来打印的线材尺寸分成若干线段基础之上把线段进行交错叠加排列，本发明为了实现这样的打印路径，将底层与轮廓圈分别进行奇数偶数命名，并且将每一层每一圈的打印起点进行规划分配，最终实现“交错叠加”效果，由于本发明是交错叠层累加的方式向上打印，能在每一个打印线材缝隙之处的上面再叠加线材，使得线材能够紧密的连接、缝合，起到了压实效果避免模型产生裂缝，同时增强了模型的牢固力压实效果，从而能够保证模型在减少翘曲变形的基础之上具有高强度的特点；
4.本发明为了减少模型因线材收缩而导致翘曲变形量，在分段打印路径的基础之上提出了一种分批打印的路径规划方法，其所述分批打印为：轮廓圈和底层分别进行两遍打印，这样做的目的是在第二遍打印的时候对第一遍打印完成之后收缩进行补充，其所述收缩补充量是指热收缩和分子取向收缩之和，因此本发明采用了分批式打印，预先根据线材的理论收缩公式对线材的收缩量进行了有效补偿，从模型翘曲变形的根本源头着手，可以有效减少因线材收缩而导致模型的翘曲变形的质量问题。
附图说明
图1为本发明基于FDM成型技术减少翘曲变形路径规划方法的整体路径规划图；
图2为本发明基于FDM成型技术减少翘曲变形路径规划方法中圆柱体模型在三维空间的整体路径规划示意图；
图3(a)～(e)为本发明基于FDM成型技术减少翘曲变形路径规划方法中圆柱体模型在二维空间的整体路径规划示意图；
图4为本发明基于FDM成型技术减少翘曲变形路径规划方法中路径在XOY平面内奇数、偶数轮廓圈打印起点分配示意图；
图5为本发明基于FDM成型技术减少翘曲变形路径规划方法中圆柱体三维模型L xy分段法则示意图；
图6(a)、(b)为本发明基于FDM成型技术减少翘曲变形路径规划方法中奇数圈L xy分段法则及路径规划示意图；
图7(a)、(b)为本发明基于FDM成型技术减少翘曲变形路径规划方法中偶数圈L xy分段法则奇路径规划示意图；
图8为本发明基于FDM成型技术减少翘曲变形路径规划方法中路径在XOZ平面内奇数、偶数底层打印起点分配示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明基于FDM成型技术减少翘曲变形路径规划方法，包括如下切片方法：
步骤1，纵向切片方法：先将三维模型进行纵向的切片处理，纵向切片是根据模型的Z向长度，以一根线材的宽度为单位等距由底向上对模型切片，直至将模型全部切片完成，即模型纵向切片后每一层的厚度为线材的宽度。此步骤的目的是规定三维模型纵向切片的法则；
步骤2，底层定义：将模型纵向切片后把层数分为奇数层与偶数层后，根据底层划分法则如公式(1)所示，判别是否为底层如公式 (2)所示。
底层定义为纵向底层体积与整体模型的比率(R1)所对应的层数 nR1，若占比率
Figure RE-GDA0003706700780000071
则代表此时的nR1是底层；若
Figure RE-GDA0003706700780000072
则代表此时的nR1不是底层。此步骤的目的是确定模型的底层nR1；
R1＝V0/V (1)；
其中，R1为纵向底层的体积占比率，V0为底层的体积，V为整体模型的体积；
Figure RE-GDA0003706700780000073
其中，1代表是底层，0代表不是底层；
步骤3，纵向切片命名方法：三维模型进行纵向分层处理后一共分成ni层，n代表层，i代表层数，其中i＝1,2,3，.....,R1,.......,n，其中 nR1代表底层层数；奇数层nⅠ表示为：nⅠ＝1,3,5，......,nR11，其中nR11为靠近底层最外奇数层；偶数层表示为nⅡ，nⅡ＝2,4,6，......,nR12，其中nR12为靠近底层最外偶数层。此步骤的目的是将模型纵向划分为奇数层与偶数层，以便后续分别对奇数层和偶数层的起点进行规划，并将所有的纵向层数分为三个层次，即底层(nR1)、过渡层(n过)和顶层(n顶)，其所述底层是经常发生翘曲变形部分，因此，接下来的主要研究范围是针对底层部分的路径规划，以此来减少翘曲变形量；
步骤4，横向切片方法：将模型进行横向切片处理，其该横向切片是根据模型的XOY面的打印区域的占比面积，按照最外圈的轮廓由外向内等距缩一个线材厚度的长度，直至将该层全部切片完成，即模型横向切片后每一层的厚度为线材的宽度。此步骤的目的是规定模型横向切片的法则；
步骤5，轮廓圈定义：将模型横向向内等距缩成的轮廓圈分为奇数轮廓圈与偶数轮廓圈后，每一轮廓圈进行看似成一条线段，根据底层分段法则如公式(3)所示，判别是否为底层如公式(4)所示。底层定义为横向轮廓圈面积与某一层面积的比率(R2)所对应的圈数qR2，若占比率
Figure RE-GDA0003706700780000081
则代表此时的nR2是轮廓圈；若
Figure RE-GDA0003706700780000082
则代表此时的qR2不是轮廓圈。此步骤的目的是确定模型的轮廓圈qR2；
R2＝S0/S (3)；
式中，R2为纵向轮廓圈的面积占比率，V0为底层的面积，V为整体模型的面积；
Figure RE-GDA0003706700780000083
其中，1代表是轮廓圈；0代表不是轮廓圈；
步骤6，横向切片命名方法：将三维模型某一层进行横向分层处理后一共分为qj圈，q代表圈，j代表圈数，其中j＝1,2,3,......,R2......q，其中qR1代表轮廓圈圈数qR2；奇数轮廓圈表示为qⅠ：qⅠ＝1,3,5,......,qR21，其中qR21为靠近轮廓圈最外奇数轮廓圈；偶数层表示为qⅡ，qⅡ＝2,4,6，......qR22，其中qR22为靠近轮廓圈最外奇数轮廓圈。此步骤的目的是将模型横向划分为奇数轮廓圈与偶数轮廓圈，以便后续分别对奇数轮廓圈和偶数轮廓圈进行路径规划，并将所有的横向圈数分为三个层次，即轮廓圈(qR2)、过渡圈(q过)和内圈(q内)，其所述轮廓圈是经常发生翘曲变形部分，因此，接下来的主要研究范围是针对轮廓圈部分的路径规划，以此来减少翘曲变形量；
为了实现上述发明的目的，本发明提供了基于FDM成型技术减少翘曲变形路径规划方法，其包括如下步骤：
整体的路径规划流程图(如附图1所示)，以圆柱体为例的三维空间整体路径规划方法示意图(如附图2所示)；
步骤1，打印次序规划：根据纵向切片法则，三维模型将按照 1,2,3......n层的顺序进行打印，即底层、过渡层和顶层的顺序打印；在打印每一层时，根据横向切片法则，三维模型将按照1,2,3......q圈的顺序进行打印，即轮廓圈(qR2)、过渡圈(q过)和内圈(q内)的顺序进行打印。此步骤的目的是规定三维模型整体的打印次序。以圆柱体为例的二维空间整体路径规划方法示意图(如附图3(a)为圆柱体模型的主视图，图3(b)为圆柱体模型的左视图，图3(c)为圆柱体模型的右视图，图3(d)为圆柱体模型的俯视图，图3(e) 为圆柱体模型的仰视图)；
步骤2，轮廓圈路径规划：轮廓圈分为奇数轮廓圈qⅠ与偶数轮廓圈qⅡ，轮廓圈的路径规划为奇数轮廓圈qⅠ与轮廓偶数轮廓圈qⅡ交替打印，直至轮廓圈打印完毕。奇数轮廓圈偶数轮廓圈按照相应的路径规划法则都分为两遍打印，即起点开始-奇数轮廓圈第一遍打印-奇数轮廓圈第二遍打印-轮廓偶数轮廓圈第一遍打印-轮廓偶数轮廓圈第二遍-再到下一个奇数轮廓圈第一遍打印......直到轮廓圈打印结束。其奇数轮廓圈qⅠ与偶数轮廓圈qⅡ在第二遍打印的时增加其在第一遍打印时收缩量的补充量，直至该层轮廓圈打印完毕，具体收缩量计算及详细规范如下步骤。此步骤的目的是对底层的奇数偶数圈分别进行路径规划，并且按照该轮廓圈的路径规划方式打印，奇数、偶数的轮廓圈最后都首尾相接形成闭合回路，完成奇数轮廓圈第一遍打印完成时呈现类似虚线的打印路径形状；
步骤3，奇数轮廓圈qⅠ路径划分原则：将奇数轮廓圈总长设为 LqⅠ，qⅠ＝1,3,5,......,qR21，其中qR21为靠近轮廓圈层最外奇数轮廓圈，再根据LqⅠ的长度，将LqⅠ整体分为x1、y1、x1、y1......，具体奇数轮廓圈qⅠ分段法则如下表1所示。此步骤的目的是对奇数轮廓圈qⅠ路径划分原则，以便后续进行打印路径分配；
表1奇数轮廓圈分段法则
Figure RE-GDA0003706700780000101
步骤4，奇数轮廓圈qⅠ第一遍打印路径(如附图5所示为奇数轮廓圈Lxy分段法则示意图及路径规划)：从上述步骤2相应分配的奇数轮廓圈qⅠ起点开始，先按照x1路程间隔打印a1段，按照这样的路径规划，则奇数轮廓圈第一遍打印最后的打印路径规划为：若b1≥x1，则第一遍接着打印x1段路程(如附图6(a)所示)；若b1<x1，则奇数轮廓圈第一遍打印剩下的路程，即直接打印回到该圈的打印起点 (如附图6(b)所示)。此步骤的目的是详细描述奇数轮廓圈qⅠ第一遍打印路径；
步骤5，收缩原因分析及收缩量计算：受线材本身的热膨胀率受材料本身固有的热膨胀率影响导致体积变化引起的，熔融的丝材从喷嘴挤出时的温度远远高于成型室的温度，使得线材热胀冷缩，因此线材的热收缩是产生翘曲变形的根本原因。分子取向收缩的根本原因是聚合材料分子取向收缩，在将丝加工成零件时，熔融状态下的丝材受剪切力的影响，沿丝材的流动方向延伸，零件在成型室的温度下冷却的过程中，丝材产生收缩。奇数轮廓圈qⅠ第一遍线材热收缩量计算：设线材因热收缩而产生的收缩量Δx11，计算过程如公式(5)所示：此步骤的目的是计算奇数轮廓圈第一遍线材热收缩量，以便后续对热收缩量进行补充，即在第二遍打印的时候进行补充，避免模型收缩产生形变；
Δx11＝δ×x1×ΔT (5)；
其中，δ为材料的线性膨胀系数；x1为线材的线性尺寸；ΔT为线材在一定时间t范围内产生的温差。
奇数轮廓圈第一遍线材分子取向收缩量计算：线材因剪切力而产生的收缩量Δx12计算公式(6)所示：模型奇数轮廓圈第一遍实际打印长度设为x1*，则x1*＝x1-Δx11-Δx12，此步骤的目的是计算奇数轮廓圈第一遍分子取向收缩量，以便后续对分子取向收缩量进行补充，即在第二遍打印的时候进行补充，避免模型收缩产生变形；
Δx12＝α×ε×x1×ΔT (6)；
式中：α为实际加工中零件时的工艺参数设置对零件尺寸收缩产生交互影响的系数；ε为材料水平方向的收缩率；x1为线材的线性尺寸；
步骤6，奇数轮廓圈q1第二遍打印路径(如附图6所示为奇数轮廓圈Lxy分段法则示意图及路径规划)：上述步骤3奇数轮廓圈qⅠ第一遍打印a1段x1路程完成之后，则奇数轮廓圈qⅠ第二遍打印路径为：按照上述步骤3奇数轮廓圈qⅠ第二遍打印a1段(y1+Δx11+Δx12) 路程。若按照上述的路径规划，则奇数轮廓圈qⅠ的第二遍最后的结尾的路径规划为，若b1≥x1，则第一遍接着打印x1段路程之后，第二遍接着打印(b1-x1+Δx11+Δx12)段路程(如附图6(a)所示)；若b1<x1，则奇数轮廓圈第二遍接着打印(b1+Δx11+Δx12)段路程(如附图6(b) 所示)。此步骤的目的是详细描述奇数轮廓圈qⅠ第二遍打印路径，并且附图说明；
步骤7，偶数轮廓圈qⅡ路径划分原则：将奇数轮廓圈总长设为 LqⅡ，qⅡ＝2,4,6，......qR22，其中qR21为靠近轮廓圈层最外偶数轮廓圈，再根据LqⅡ的长度，将LqⅡ整体分为x2、y2、x2、y2......，具体偶数轮廓圈qⅡ分段法则如表2所示。此步骤的目的是对偶数轮廓圈qⅡ路径划分原则，以便后续进行打印路径分配；
步骤8，偶数轮廓圈qⅡ第一遍打印路径(如附图7所示偶数轮廓圈Lxy分段法则示意图及路径规划)：从上述的步骤6相应分配的偶数轮廓圈起点开始，按照x2路程先打印a2段。若按照上述的路径规划，则偶数轮廓圈第一遍最后结尾的路径规划为，若b2≥x2，则第一遍接着打印x2段路程(如附图7(a)所示)；若b2<x2，则偶数轮廓圈第一遍打印剩下的路程，即直接打印回到该圈的打印起点(如附图 7(b)所示)。此步骤的目的是详细描述偶数轮廓圈qⅡ第一遍打印路径；
表2偶数轮廓圈qⅡ分段法则
Figure RE-GDA0003706700780000131
步骤9，收缩原因分析及收缩量计算：收缩原因与上述步骤5相同。偶数轮廓圈qⅡ第一遍线材热收缩量计算：设线材因热收缩而产生的收缩量(Δx21)计算公式(7)所示：此步骤的目的是计算偶数轮廓圈qⅡ第一遍线材热收缩量，以便后续对热收缩量进行补充，即在第二遍打印的时候进行补充，避免模型收缩产生变形；
Δx21＝δ×x2×ΔT (7)；
式中：x2为线材的线性尺寸；
偶数轮廓圈第一遍线材分子取向收缩量计算：线材因剪切力而产生的收缩量(Δx22)计算公式(8)所示：模型偶数轮廓圈qⅡ第一遍实际打印长度设为x2*，则x2*＝x2-Δx21-Δx22。此步骤的目的是计算偶数轮廓圈qⅡ第一遍分子取向收缩量，以便后续对分子取向收缩量进行补充，即在第二遍打印的时候进行补充，避免模型收缩产生变形；
Δx22＝α×ε×x2×ΔT (8)；
步骤10，偶数轮廓圈qⅡ第二遍打印路径：上述步骤6偶数轮廓圈qⅡ第一遍打印a2段x2路程完成之后，则偶数轮廓圈qⅡ第二遍打印路径为：按照上述S7步骤奇数轮廓圈qⅡ第二遍打印a2段(y2+Δx21 +Δx22)路程。若按照上述的路径规划，则偶数轮廓圈qⅡ第二遍最后的结尾的路径规划为，若b2≥x2，则第一遍接着打印x2段路程之后，第二遍接着打印(b2-x2+Δx21+Δx22)段路程；若b2<x2，则奇数轮廓圈 qⅠ第二遍打印(b2-x2+Δx21+Δx22)段路程。此步骤的目的是详细描述偶数轮廓圈qⅡ第二遍打印路径；
步骤11，轮廓圈起点规划法则：本发明提供一种在XOY平面内轮廓奇数圈与偶数圈呈现类似“砌砖墙”打印方式(如附图5所示)，将这种打印方式定义为“分段交错叠加”打印方式，为了实现分段交错叠加效果，根据上述步骤3规定Lq1/(x1+y1)＝a1......b1，若将奇数轮廓圈视为有限线段，则在XOY平面内奇数轮廓圈打印起点为((2q Ⅰ-1)t/2,0)(如附图4所示为XOY平面内奇数、偶数轮廓圈打印起点分配示意图)，t为线材宽度；若将奇数轮廓圈视为有限线段，则LqⅡ/(x2+y2)＝a2......b2，则在XOY平面内偶数轮廓圈打印起点为((2q Ⅱ-1)t/2,0)(如附图4所示，A:(t/2,0)，B:(t/2,x)，C:(t/2,x+y)， D:(t/2,2x+y)，E:(t/2,2x+2y)，F:(t/2,3x+2y)，G:(t/2,3x+3y)，H: (3t/2,0)，I:(3t/2,y/2)，J:(3t/2,x+y/2)，K:(3t/2,x+3y/2)，L: (3t/2,2x+3y/2)，M:(3t/2,2x+5y/2)，N(3t/2,2x+5y/2))，t为线材宽度。此步骤的目的是为了实现“分段交错叠加”打印方式，加强模型整体牢固性，并且区分奇数轮廓圈与偶数轮廓圈的起点与打印路径，如图2可见；
步骤12，圈路径打印规划：在轮廓圈(qR2)打印完毕后，接下来过渡层(q过)与顶层(q内)都按照现有的路径进行打印，直到内圈打印完毕。此步骤的目的是对整体模型圈的路径及次序进行规划。其所述现有的路径为：平行路径规划算法、分区域直线扫描算法、轮廓线平行路径规划算法、偏置扫描填充路径规划算法、光栅扫描方法、分形扫描路径规划算法的一种。
步骤13，层起点规划：本发明纵向也采用“分段交错叠加”的打印方式，则在XOZ平面内奇数层与偶数层交错打印(如附图8所示)，其奇数层打印起点为：(0,(nⅠ-1)t)，nⅠ＝1,3,5，......nR11，其中 nR11为靠近底层最外奇数层；其所述偶数层打印起点为：(0,(nⅡ-1)t)， nⅡ＝2,4,6，......nR12，其中nR12为靠近底层最外偶数层；此步骤的目的是描述层起点的规划，且层最终的呈现形式类似“分段交错叠加”的形状，由图2可见。
步骤14，层路径打印规划：在底层(nR1)打印完毕后，接下来过渡层(n过)与顶层(n顶)都按照现有的路径进行打印，直到顶层打印完毕。此步骤的目的是对整体模型的层的路径及次序进行规划。上述现有的路径为：平行路径规划算法、分区域直线扫描算法、轮廓线平行路径规划算法、偏置扫描填充路径规划算法、光栅扫描方法、分形扫描路径规划算法的一种。

Claims (7)

1.基于FDM成型技术减少翘曲变形路径规划方法，其特征在于：具体包括如下步骤：
步骤1，根据纵向切片法则，定义三维模型分成底层、过渡层及顶层；
步骤2，根据横向切片法则，定义三维模型分成轮廓圈、过渡圈及内圈，并规划底层中轮廓圈打印路径；
步骤3，按照步骤2规划的路径进行底层中的轮廓圈打印。
2.根据权利要求1所述的基于FDM成型技术减少翘曲变形路径规划方法，其特征在于：所述步骤1中：三维模型将按照1,2,3......n层的顺序进行打印，即底层、过渡层和顶层的顺序打印；在打印底层、过渡层和顶层中的每一层时，根据横向切片法则，三维模型将按照1,2,3......q圈的顺序进行打印。
3.根据权利要求2所述的基于FDM成型技术减少翘曲变形路径规划方法，其特征在于：所述步骤1中，三维模型进行纵向分层处理后一共分成ni层，n代表层，i代表层数，其中i＝1,2,3，.....,R1,.......,n，其中nR1代表底层层数；奇数层nⅠ表示为：nⅠ＝1,3,5，......,nR11，其中nR11为靠近底层最外奇数层；偶数层表示为nⅡ，nⅡ＝2,4,6，......,nR12，其中nR12为靠近底层最外偶数层。
4.根据权利要求2所述的基于FDM成型技术减少翘曲变形路径规划方法，其特征在于：所述步骤2中，将三维模型某一层进行横向分层处理后一共分为qj圈，q代表圈，j代表圈数，其中j＝1,2,3,......,R2......q，其中qR1代表轮廓圈圈数qR2；奇数轮廓圈表示为qⅠ：qⅠ＝1,3,5,......,qR21，其中qR21为靠近轮廓圈最外奇数轮廓圈；偶数层表示为qⅡ，qⅡ＝2,4,6，......qR22，其中qR22为靠近轮廓圈最外奇数轮廓圈。
轮廓圈分为奇数轮廓圈qⅠ与偶数轮廓圈qⅡ，轮廓圈的路径规划为奇数轮廓圈qⅠ与轮廓偶数轮廓圈qⅡ交替打印，直至轮廓圈打印完毕；奇数轮廓圈偶数轮廓圈按照相应的路径规划法则都分为两遍打印，即起点开始-奇数轮廓圈第一遍打印-奇数轮廓圈第二遍打印-轮廓偶数轮廓圈第一遍打印-轮廓偶数轮廓圈第二遍-再到下一个奇数轮廓圈第一遍打印，直到轮廓圈打印结束。
5.根据权利要求4所述的基于FDM成型技术减少翘曲变形路径规划方法，其特征在于：所述奇数轮廓圈与偶数轮廓圈在第二遍打印时增加相应轮廓圈在第一遍打印时收缩量的补充量，直至该层轮廓圈打印完毕。
6.根据权利要求5所述的基于FDM成型技术减少翘曲变形路径规划方法，其特征在于：所述奇数轮廓圈qⅠ第一遍线材热收缩量的计算过程为：
设线材因热收缩而产生的收缩量Δx11，计算过程如公式(1)所示：
Δx11＝δ×x1×ΔT (1)；
其中，δ为材料的线性膨胀系数；x1为线材的线性尺寸；ΔT为线材在一定时间t范围内产生的温差；
计算奇数轮廓圈第一遍线材分子取向收缩量计算：线材因剪切力而产生的收缩量Δx12计算公式(2)所示：模型奇数轮廓圈第一遍实际打印长度设为x1*，如下公式(3)所示：
Δx12＝α×ε×x1×ΔT (2)；
x1*＝x1-Δx11-Δx12 (3)；
公式(2)中，α为实际加工中零件时的工艺参数设置对零件尺寸收缩产生交互影响的系数；ε为材料水平方向的收缩率；x1为线材的线性尺寸。
7.根据权利要求5所述的基于FDM成型技术减少翘曲变形路径规划方法，其特征在于：所述偶数轮廓圈qⅡ第一遍线材热收缩量计算过程如下：
采用如下公式(4)计算线材因热收缩而产生的收缩量Δx21：
Δx21＝δ×x2×ΔT (4)；
式中：x2为线材的线性尺寸；
偶数轮廓圈qⅡ第一遍线材分子取向收缩量计算：线材因剪切力而产生的收缩量Δx22采用如下公式(5)计算，模型偶数轮廓圈qⅡ第一遍实际打印长度设为x2*，采用如下公式(6)计算：
Δx22＝α×ε×x2×ΔT (5)；
x2*＝x2-Δx21-Δx22 (6)。
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