CN116423840A - 一种改善fdm打印中薄壁结构强度的分层切片方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种改善FDM打印中薄壁结构强度的分层切片方法，步骤如下：第一步，导入需要打印的STL文件，通过算法对导入的模型文件进行分层与切片；第二步，采用凹多边形凸分解算法对每一层的二维切片区域进行分区；第三步，计算每个分区面积占该层切片总面积的比值，比值小于5％者标记为细小区域；第四步，在每个非细小区域分区中计算其长宽比，长宽比大于4的标记为狭长区域；第五步，在所有细小区域与狭长区域中采用高填充率策略，其他区域中采取普通填充率策略；第六步，对每一层重复以上第二至第五步直至整个STL文件完成切片输出G‑code。本发明切片方法优化了切片引擎，使其在打印薄壁结构时提高填充率，从而使得打印件本身的机械强度得到提高。
Description
技术领域
本发明属于3D打印技术领域，具体涉及一种改善FDM打印中薄壁结构强度的分层切片方法
背景技术
随着社会的进步与发展，人们对产品的需求变得多样化、个性化，依靠以往单一生产模式已经不能满足人们的需求，3D打印技术的出现让人们能够随心所欲的实现客制化需求。3D打印技术以不同与传统建材制造的制造加工工艺，其通过简单的建模、分层、路径规划、打印堆积、快速制造在极短的时间内就可以完成个性化零件的成型。FDM打印技术属于3D打印技术中的一种,它具有较快的打印速度和较高的打印精度,可以广泛应用于可航空航天、模具、生物医疗、汽车工程、珠宝设计等领域。
然而FDM打印机也存在其固有的缺陷，特别是在使用FDM打印机打印模型中所设计的细小结构与薄壁结构时，由于FDM材料本身的强度不足以支撑所设计的形状，常常会导致打印过程中打印材料的变形，使得在后续的打印过程中会导致打印件出现结构性的破坏。
所以本发明提供新的改善FDM打印中薄壁结构强度的分层切片方法来解决此问题。
发明内容
针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本发明专利的目的在于提供一种改善FDM打印中薄壁结构强度的分层切片方法，其目的是在打印过程中对打印件的薄弱环节进行强化。
为实现上述目的，本发明公开了一种改善FDM打印中薄壁结构强度的分层切片方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1建立3D打印路径规划的仿真环境:
将需要3D打印的三维模型存储为STL文件，使用切片软件将三维模型进行分层切片操作，将每一个二维切片面的轮廓点集存储到excel文件，再进行内部的路径规划；
S2利用凹多边形凸分解算法将步骤S1切片得到的二维切片面进行分区；
S3对步骤S2所获得的子分区进行分类，标记出细小区域与狭长区域与普通区域；
S4切片时对细小区域与狭长区域进行高填充率填充，对普通区域进行普通填充率填充；
S5对每一个分层重复S2-S4步骤，导出G-code代码，输出至FDM打印机打印。
一种改善FDM打印中薄壁结构强度的分层切片方法，其特征在于，所述步骤S3的子分区分类中，具体步骤如下：
S31计算每个分区面积占该层切片分区总面积的比值，比值小于5％者标记为细小区域；
S32在每个非细小区域分区中计算该分区轮廓任意上两点之间的距离，取距离最大的两个点之间的连线为长边，过该长边中心点作正交于该长边的直线，该直线与分区轮廓交于两点，记该两点之间的连线为短边，计算长边与短边的比值称之为长径比，比值大于4的分区标记为狭长区域。
本发明的优点和有益效果在于：提供一种改善FDM打印中薄壁结构强度的分层切片方法，通过该方法能够有效的提高FDM打印过程中薄壁结构的强度，减少因为强度不够而出现的变形等问题。其次，有效的提高了打印的精度，能达到受力均匀的效果。
附图说明
图1是本发明的流程图。
图2是打印过程中的截面图分区。1是细小结构，2是狭长结构，3是普通结构。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案进一步说明。本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。
如图1所示，为本发明提出了一种改善FDM打印中薄壁结构强度的分层切片方法，该方法根据目标构件的3D模型，经分层切片软件处理后获得构件模型的层片和轮廓信息；利用上述凹多边形凸分解算法对每一层的切片进行分区；结合计算分区中各个分区的特征属性进行填充规划，最终获得改善FDM打印中薄壁结构强度的分层切片方法。
切片算法的步骤具体如下：
S1利用计算机辅助设计(CAD)软件或三维重构软件，建立以数字模型文件为基础的材料构件的三维模型,并将其导出为切片软件可处理的STL格式文件备用。
S11利用切片软件对步骤S1中的STL格式文件进行切割分层处理，获得含有切割平面与STL模型三角面片交点坐标信息的构件单层轮廓，并将层片轮廓信息导出为Excel格式文件备用。
S2利用凹多边形凸分解算法将步骤S11切片得到的二维切片面进行分区，使得每个子分区满足简单多边形的条件。
S31计算S2中每个分区面积占该层切片分区总面积的比值，比值小于5％者标记为细小区域，例如参照图2中(1)处虚线框所示；
S32在每个非细小区域分区中计算该分区轮廓任意上两点之间的距离，取距离最大的两个点之间的连线为长边，过该长边中心点作正交于该长边的直线，该直线与分区轮廓交于两点，记该两点之间的连线为短边，计算长边与短边的比值称之为长径比，比值大于4的分区标记为狭长区域，例如参照图2中(2)处虚线框所示。
S33在填充时对于参照图2中(1)处使用填充率50％，打印速度30mm/s打印参数进行打印，对于参照图2中(2)处使用填充率40％，打印速度40mm/s打印参数进行打印，对于参照图2中(3)处使用填充率20％，打印速度60mm/s打印参数进行打印。其余打印参数设置为层高0.15mm；壁厚1.2mm；顶底层层厚1.2mm；喷头温度210度；热床55度；回抽速度80mm/s；回抽长度7mm。
本发明的优点和有益效果在于：提供一种改善FDM打印中薄壁结构强度的分层切片方法，通过该方法能够有效的提高FDM打印过程中薄壁结构的强度，减少因为强度不够而出现的变形等问题。其次，有效的提高了打印的精度，能达到受力均匀的效果。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。
Claims (2)
1.一种改善FDM打印中薄壁结构强度的分层切片方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1建立3D打印路径规划的仿真环境:
将需要3D打印的三维模型存储为STL文件，使用切片软件将三维模型进行分层切片操作，将每一个二维切片面的轮廓点集存储到excel文件，再进行内部的路径规划；
S2利用凹多边形凸分解算法将步骤S1切片得到的二维切片面进行分区；
S3对步骤S2所获得的子分区进行分类，标记出细小区域与狭长区域与普通区域；S4切片时对细小区域与狭长区域进行高填充率填充，对普通区域进行普通填充率填充；
S5对每一个分层重复S2-S4步骤，导出G-code代码，输出至FDM打印机打印。
2.根据权利要求1所述的一种改善FDM打印中薄壁结构强度的分层切片方法，其特征在于，所述步骤S3的子分区分类中，具体步骤如下：
S31计算每个分区面积占该层切片分区总面积的比值，比值小于5％者标记为细小区域；
S32在每个非细小区域分区中计算该分区轮廓任意上两点之间的距离，取距离最大的两个点之间的连线为长边，过该长边中心点作正交于该长边的直线，该直线与分区轮廓交于两点，记该两点之间的连线为短边，计算长边与短边的比值称之为长径比，比值大于4的分区标记为狭长区域。
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