CN116372189A - 砂型增材制造多模型分割与图案填充打印方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开砂型增材制造多模型分割与图案填充打印方法，具体步骤为：对打印平台上金属网格中每个网格进行编号，所有编号组成一个打印平台集合A，分别获取复杂砂型分区域的分割模型并进行切片，获取切片图案的数据集，根据数字化多材料砂型整体打印平台的金属网格建立对应网格图像，将切片图像与网格图像进行融合与覆盖，在融合空白区域截取白色图片作为模板，根据模板匹配确定切片中白色区域位置，将匹配区域网格中的中心坐标值转换成对应序号并组成一个集合1，同时将不同切片层的集合1组成一个数组1，根据数组1进行对应型砂种类与目数颗粒下落。本发明实现了多材料网格按照顺序精准铺砂，为多材料砂型3D打印提供铺砂技术基础。
Description
技术领域
本发明属于砂型3D打印领域，涉及一种砂型增材制造多模型分割与图案填充打印方法。
背景技术
铸造是装备制造业的基础制造工艺，广泛应用于航天航空、船舶制造、轨道交通、汽车船舶等领域。作为“工业之母”的铸造模具的高效生产成为了提高铸件性能必不可缺的一部分，复杂铸件模具的快速生产可以有效地提高铸件的生产效率，同时多材料打印可以显著提高铸件的品质与性能。
3D打印技术对铸造领域应用有重要的发展意义，基于微滴喷射的砂型3D打印技术可以根据三维模型切片实现型砂的层层堆叠，层层打印，通过树脂与固化剂结合产生的交粘反应实现型砂的固化。目前的市场上砂型3D打印技术与装备都是以单一材料为主，砂型不能满足复杂铸件组织性能调控的要求。
为了解决上述问题，可以通过网格化铺砂的方法划分不同铺砂区域实现多种材料型砂铺设。多材料网格铺砂需要根据铸造需要在不同网格区域进行铺砂，但由于所需铸件切片形状并不是由网格组成，同时需要判断网格区域中添加型砂种类、目数，铸件的切片一般都是几十或上百层，人为的根据切片判断和铺砂容易造成铺砂错误率大、效率低以及成本高，因此需要进行模型剖分，分别对分割模型进行切片，并按照顺序对网格区域进行分别铺设实现多种材料型砂精准的铺设。
发明内容
为了实现多材料网格精准铺砂，本发明提供一种砂型增材制造多模型分割与图案填充打印方法，该方法基于图片处理对砂型分类切片进行网格化处理，进而实现铺砂机构根据网格序号进行精准铺砂。
本发明的技术方案为：
一种砂型增材制造多模型分割与图案填充打印方法，该方法对金属网格中每个网格进行编号，所有编号组成一个集合A，获取铸件分区域中的模型一个并进行切片，获取切片的像数集，根据数字化多材料砂型整体打印装备中的网格建立对应网格图像，将切片图像与网格图像进行融合覆盖，在融合空白区域截取白色图片作为模板，根据模板匹配确定切片中白色区域位置，将匹配区域网格中的中心坐标值转换成对应序号并组成一个集合1，将不同切片层的集合1组成一个数组1，根据数组1进行第一种型砂下落。将集合A减去集合1获得集合2，不同切片层的集合2组成一个数组2，装备中的定量铺砂机构根据数组2进行对应型砂下落。依次类推，在获得集合3和数组3，集合X与数组X，进行这层铺砂。
进一步的，所述复杂砂型三维模型分类按照铸件性能、力学性能和尺寸精度要求等进行对应型砂模型分类；
进一步的，所述剖分砂型是根据型砂材料和目数进行分类，其中在步骤4中多种型砂颗粒铺设中优先选用作为面砂的小目数硅砂对分类模型进行切片分层，获取小目数硅砂型砂铺砂区域网格序号数组，然后获取锆英砂等分类模型铺砂区域网格序号数组，接着获取铬铁矿砂等分类模型铺砂区域网格序号数组，最后获取较大硅砂网格数组。
进一步的，所述切片图像需要进行裁剪，在保证切片中图案不变的前提下使图像横向和纵向像素相等。
进一步的，所述网格图像网格数量等于金属网格中网格数量，且横向和纵向网格数量都相等，同时调整网格图像像素与切片图像像素相等。
进一步的，所述图像融合中网格图像所占权重为0.6。
进一步的，所述白色模板取空白网格中白色区域，即融合后网格中没有切片图案的网格，一般选取左上角第一个网格。
进一步的，所述序号为根据装备网格装置对每个网格进行排序，从左到右，从前到后，并建立网格图像中每个网格中心尺寸集合，并对应金属网格中网格的序号。
进一步的，将匹配区域的每个网格图像中心点坐标在不同网格尺寸集合中进行遍历，将与尺寸对应的网格序号组成集合1。
进一步的，所述步骤3中，第二种分类砂型切片对应网格序号需要减去第一种网格序号，第三种分类砂型切片对应网格序号需要减去第一种和第二种网格序号，依次类推，第X种砂型切片对应网格序号需要减去第一种到第X-1种网格序号总和，最后一种砂型不需要根据切片铺砂，其网格铺砂区域为总铺砂网格减去前X种网格总和序号区域。
采用上述技术方案后，本发明的有益效果是：
1、通过采用网格模板图片对切片进行融合可以实现切片图案网格化，再通过图片处理可获得切片对应网格序号，进而实现网格精准铺砂；
2、先小目数硅砂型砂区域网格，再确定落锆英砂区域网格，接着确定铬落铁矿砂区域网格，最后剩余网格用来落硅砂，可以最大程度实现多种材料、多种粒径型砂不同区域型砂分配，有助于多材料砂型高质量成形；
3、通过对切片的图像处理可以实现多材料网格铺砂，实现了网格内型砂根据切片进行分布。
附图说明
图1为数字化多材料砂型整体打印精准铺砂方法图片网格按数字矩阵划分图；
图2为砂型增材制造多模型分割与像素填充打印方法中三种材料型砂网格铺砂流程图；
图3为图2中A区域流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。
实施例1：对装置网格进行编号，从左到右，从上到下，如图1所示。根据变壁厚复杂铸件性能要求依次将铸件三维模型剖分为几部分，分别用锆英砂、铬铁矿砂和硅砂进行单独铺设。结合图1中同一位置高度的锆英砂砂型、铬铁矿砂砂型和硅砂砂型三维模型的切片，首先选择锆英砂砂型切片，将切片图像裁剪成和金属网格大小相同的正方形尺寸，图像的宽度与高度相等且图像尺寸为装备上整体网格的整数倍。
根据装置中网格建立网格图像，所建立的网格图像横向和纵向网格与装置上网格数量相等，同时与裁剪后图像尺寸相等。将切片图像与网格图像进行融合，网格图像所占权重为0.6。确定融合后图像各个网格中心的坐标。在融合后左上角第一个网格(空白网格)中截取空白白色区域作为白色模板图片，根据模板匹配确定切片中白色区域位置，获取每个白色区域的像素坐标范围，将各个中心点坐标在像素坐标范围内遍历获取各个白色区域中心点坐标，将中心点坐标对应网格序号组成数组1，将总网格序号减去数组1中序号获取数组2中序号，此时装备中的定量铺砂机构根据数组2进行锆英砂下落；再对铬铁矿砂进行以上操作获取中心点坐标对应网格序号组成数组3，将总网格序号减去数组3以及数组2的序号得到数组4的序号，定量铺砂机构根据数组4进行铬铁矿砂下落；将总网格序号减去数组2和数组4获取数组5，定量铺砂机构根据数组5进行硅砂下落。
此时，一层多材料网格铺砂结束，微滴喷射打印树脂/水粘接剂进行层间固化，然后逐层按照要求铺设并打印完成砂型三维立体结构的整体，取出砂型进行浇注。
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。
Claims (10)
1.一种砂型增材制造多模型分割与图案填充打印方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤1：对打印平台上金属网格中每个网格进行编号，所有编号组成一个集合A；
步骤2：根据复杂形状铸件性能要求剖分砂型区域，获取分区域中的模型并进行切片，获取切片数据的像数集合，同时根据数字化多材料砂型整体打印装备中的网格建立对应网格图像，将切片图像与网格图像进行融合覆盖，在融合空白区域截取白色图片作为模板，根据模板匹配确定切片中白色区域位置，将匹配区域网格中的中心坐标值转换成对应序号并组成一个集合1；
步骤3：在一种优先落砂的砂型切片中，将集合A减去集合1获得集合2；将不同切片层的集合1组成一个数组1，不同切片层的集合2组成一个数组2；依次类推，当整体砂型根据要求需要多种型砂铺设时，需要将不同砂型切片中集合A减去对应砂型中的集合1来获得集合3和数组3，集合X与数组X，进行这层铺砂。
步骤4：装备中的定量铺砂机构根据数组1进行优先另一种型砂下落，再根据数组2进行对应型砂下落；其中多种型砂颗粒的铺设算法依次类推。
2.根据权利要求1所述的一种砂型增材制造多模型分割与图案填充打印方法，其特征在于，所述步骤2中三维模型分类按照变壁厚复杂铸件性能、力学性能、尺寸精度进行对应型砂模型分类与分别落砂。
3.根据权利要求1所述的一种砂型增材制造多模型分割与图案填充打印方法，其特征在于，所述剖分砂型区域是根据型砂材料和目数进行分类，其中在步骤4中多种型砂颗粒铺设中优先选用作为面砂的小目数硅砂对分类模型进行切片分层，获取小目数硅砂型砂铺砂区域网格序号数组，然后获取锆英砂或其他砂型分类模型铺砂区域网格序号数组，接着获取铬铁矿砂或其他砂型分类模型铺砂区域网格序号数组，最后获取较大硅砂网格数组。
4.根据权利要求1所述的一种砂型增材制造多模型分割与图案填充打印方法，其特征在于，所述切片图像需要进行裁剪，在保证切片中图案不变的前提下使图像横向和纵向像素相等。
5.根据权利要求1所述的一种砂型增材制造多模型分割与图案填充打印方法，其特征在于，所述网格图像的网格数量总和等于金属网格中网格数量，且横向和纵向网格数量都相等，同时调整网格图像像素与切片图像像素相等。
6.根据权利要求1所述的一种砂型增材制造多模型分割与图案填充打印方法，其特征在于，所述图像融合中网格图像所占权重为0.6。
7.根据权利要求1所述的一种砂型增材制造多模型分割与图案填充打印方法，其特征在于，所述白色模板取空白网格中白色区域，即融合后网格中没有切片图案的网格，一般选取左上角第一个网格。
8.根据权利要求1所述的一种砂型增材制造多模型分割与图案填充打印方法，其特征在于，序号是根据打印装备网格装置对每个网格进行排序，从左到右，从前到后，并建立网格图像中每个网格中心尺寸集合，并与金属网格中网格的序号逐一对应。
9.根据权利要求1所述的一种砂型增材制造多模型分割与图案填充打印方法，其特征在于，将匹配区域的每个网格图像中心点坐标在不同网格尺寸集合中进行遍历，将与尺寸对应的网格序号组成集合1。
10.根据权利要求1所述的一种砂型增材制造多模型分割与图案填充打印方法，其特征在于，所述步骤3中，第二种分类砂型切片对应网格序号需要减去第一种网格序号，第三种分类砂型切片对应网格序号需要减去第一种和第二种网格序号，依次类推，第X种砂型切片对应网格序号需要减去第一种到第X-1种网格序号总和，最后一种砂型不需要根据切片铺砂，其网格铺砂区域为总铺砂网格减去前X种网格总和序号区域。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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