CN117584445B - 一种提高3d打印精度的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种提高3D打印精度的方法，属于塑料成型领域，通过将待打印物品进行预切割，根据相邻两层的不重叠区域的最大宽度将待打印物品的沿高度方向分割成若干个打印区域，通过将最大宽度范围大的打印区域设置打印时的分层高度小，减小层纹的产生，并且在对最大宽度范围大的区域进行分层打印时，根据每一层最大宽度对应位置的坐标在边缘进行补偿打印，进一步避免层纹的产生，提高打印物品的表面精度。

Description

一种提高3D打印精度的方法
技术领域
本发明涉及塑料成型领域，尤其是涉及提高3D打印精度的方法。
背景技术
熔融沉积建模（FDM）是目前使用最广泛的3D打印成型工艺，其关键优势是能够生产形状和几何模型非常复杂的一体化零件，并在航空航天、生物医学等方面广泛应用。FDM是将热塑性聚合物丝材在喷嘴内加热融化，喷头沿零件截面轮廓和填充轨迹运动，同时挤压沉积到运动的工作台上，利用高温自黏结性逐层堆积成型。
FDM工艺成型精度较低，目前的最高精度约为0.1mm。沉积成型后的产品表面有明显的丝状纹理，尤其是产品有小角度的坡度时，更容易产生层纹，现有技术如专利CN103192524A一种新的3D打印物体表面处理工艺所示，多将成型后的产品进行机械打磨与化学抛光，提高表面精度，但这种方式工序复杂，操作繁琐。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种提高3D打印精度的方法，能够提高产品3D打印过程中的表面精度，减少后续打磨与抛光工序。
本发明的目的之一采用如下技术方案实现：
一种提高3D打印精度的方法，包括以下步骤：
S1:将待打印物品的三维模型沿高度方向均匀间隔高度D进行预切割，将待打印物品切割成N层；
S2:获取每一层的预切割图形，将相邻两层的预切割图形进行比较，得到不重叠区域，对不重叠区域的宽度进行计算，获取不重叠区域的最大宽度L以及此处的对应坐标，根据预设的最大宽度范围沿高度方向对相邻的N层进行合并，使待打印物品的三维模型沿高度方向分割成若干个打印区域，其中，所述预设的最大宽度范围从0开始并均匀间隔固定值T，T= ， /> 为耗材类型系数，/>为喷嘴挤出流速，/>为沿高度方向待打印物品的最大截面面积； />为沿高度方向待打印物品的最小截面面积；
S3:当打印区域的数量小于预设值时，减小预切割高度D进行再次预切割，直至高度D达到预设的最小值；
S4:喷嘴按照三维模型进行分层打印，打印时每一层的分层高度小于喷嘴的直径并且在若干个打印区域中，最大宽度范围大的区域分层高度小；
S5:对最大宽度范围大的区域进行分层打印时，根据每一层最大宽度对应位置的坐标在边缘进行补偿打印，补偿打印的宽度为该位置最大宽度的一半。
进一步的，当待打印物品为中空结构时，在步骤S2中，将相邻两层的预切割图形进行比较具体为：将相邻两层的预切割图形的外轮廓以及内轮廓分别进行比较，得到外轮廓的不重叠区域以及内轮廓的不重叠区域。
进一步的，当待打印物品为中空结构时，在步骤S2中，根据预设的最大宽度范围沿高度方向对相邻N层进行合并时，同一层的外轮廓最大宽度以及内轮廓最大宽度中取较大值，沿高度方向对相邻N层较大值进行合并。
进一步的，当待打印物品为中空结构时，在步骤S5中，根据每一层外轮廓最大宽度以及内轮廓最大宽度对应位置的坐标在内外边缘分别进行补偿打印。
进一步的，在步骤S2中，将相邻两层的预切割图形进行比较，得到不重叠区域具体为：对相邻两层的预切割图形进行分割，生成二值图像，以给定参数，用腐蚀算法处理对比图形得到不重叠区域的最大宽度。
进一步的，在步骤S3中，高度D的预设的最小值大于实际打印时的分层高度。
进一步的，在步骤S3中，在高度D达到预设的最小值时，若打印区域的数量S小于2，说明待打印物品侧面为竖直面。
进一步的，在步骤S4中，喷嘴按照三维模型进行分层打印时，喷嘴沿短边扫描进行打印。
相比现有技术，本发明提高3D打印精度的方法通过将待打印物品进行预切割，根据预设的最大宽度范围以及计算的相邻两层的不重叠区域的最大宽度将待打印物品的沿高度方向分割成若干个打印区域，通过将最大宽度范围大的区域设置打印时的分层高度小，减小层纹的产生，并且在对最大宽度范围大的区域进行分层打印时，根据每一层最大宽度对应位置的坐标在边缘进行补偿打印，进一步避免层纹的产生，提高打印物品的表面精度。
附图说明
图1为本发明提高3D打印精度的方法的流程图；
图2为待打印物品为实体时的分割打印区域的示意图；
图3为待打印物品为中空结构时的分割打印区域的示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在另一中间组件，通过中间组件固定。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在另一中间组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在另一中间组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
3D打印是分层制造，阶梯效应是影响精度的重要因素，阶梯效应具体指和平面夹角很小的坡面会产生很明显的层纹路，因此本申请的目的为解决平面夹角很小的坡面打印时产生层纹的现象。
请参阅图1，本申请提供一种提高3D打印精度的方法，包括以下步骤：
S1:将待打印物品的三维模型沿高度方向均匀间隔高度D进行预切割，将待打印物品切割成N层；
S2:获取每一层的预切割图形，将相邻两层的预切割图形进行比较，得到不重叠区域，对不重叠区域的宽度进行计算，获取不重叠区域的最大宽度L以及此处的对应坐标，根据预设的最大宽度范围沿高度方向对相邻的N层进行合并，使待打印物品的三维模型沿高度方向分割成若干个打印区域，其中，所述预设的最大宽度范围从0开始并均匀间隔固定值T，T= ， />为耗材类型系数，/>为喷嘴挤出流速，/>为沿高度方向待打印物品的最大截面面积； />为沿高度方向待打印物品的最小截面面积；
S3:当打印区域的数量小于预设值时，减小预切割高度D进行再次预切割，直至高度D达到预设的最小值，以对待打印物品的三维模型进行更加精细的预切割，防止当待打印物品的三维模型存在侧边突变的情况时，由于初始预切割厚度D较大而产生漏切割；
S4:喷嘴按照三维模型进行分层打印，打印时每一层的分层高度小于喷嘴的直径并且在若干个打印区域中，最大宽度范围大的区域分层高度小；
S5:对最大宽度范围大的区域进行分层打印时，根据每一层最大宽度对应位置的坐标在边缘进行补偿打印，补偿打印的宽度为该位置最大宽度的一半。
请继续参阅图2，当待打印物品为实心时，以实心六边体为例，对实心六边体进行预切割（图2中点划线为虚拟的切割线），将实心六边体切割成N层。每一层的预切割图形为矩形，从底部到顶部，矩形的面积先增大，然后不变，最后减小。矩形的面积增大以及减小的阶段，相邻两层的预切割图形存在不重叠区域，对相邻两层的预切割图形进行分割，生成二值图像，以给定参数，用腐蚀算法处理对比图形得到不重叠区域的最大宽度。本实施例中，实心六边体对应的预切割图形为规则图形，不重叠区域的宽度一致。在其他实施例中，当不重叠区域的宽度不一致时，选取最大的宽度以及最大宽度处对应的坐标。矩形的面积不变的区域重叠区域的宽度为0，说明当前待打印物品侧面不存在坡度。
在本实施例中，由于实心六边体底部倾斜角度相同并且顶部倾斜角度相同，因此底部的不重叠区域的最大宽度为固定值2mm，中间为0，顶部为固定值2mm。沿高度方向，根据预设的最大宽度范围沿高度方向对相邻N层进行合并时，最大宽度范围从0开始并均匀间隔固定值T，T=， />为耗材类型系数，/>为为喷嘴挤出流速， />为沿高度方向待打印物品的最大截面面积；/>为沿高度方向待打印物品的最小截面面积。在本实施例中，由于 />为0， />为1，因此T=/>，在本实施例中T的计算值为1，最大宽度L按照间隔1mm合并，也就是0-1mm、1-2mm、2-3mm……合并。在本实施例中，实心六边体合并为3个打印区域，从底部到顶部依次为第一打印区域、第二打印区域以及第三打印区域。
请继续参阅图3，当待打印物品为空心结构时，以外部六边体，内部空心，空心形状为两个交汇的三角形为例。在步骤S2中，将相邻两层的预切割图形进行比较具体为：将相邻两层的预切割图形的外轮廓以及内轮廓分别进行比较，得到外轮廓的不重叠区域以及内轮廓的不重叠区域。如图所示，在待打印物品的中段，为空心结构，预切割图形具有外轮廓以及内轮廓，此时相邻两层的预切割图形的外轮廓相同，但内轮廓不同。也就是说，相邻两层的预切割图形的外轮廓没有不重叠区域，但内轮廓存在不重叠区域。也就是说外轮廓不重叠区域的最大宽度为0，内轮廓不重叠区域的最大宽度为一具体数值。此时采用内轮廓不重叠区域的最大宽度为相邻两层预切割图形的重叠区域的最大宽度。因此沿高度方向，根据预设的最大宽度范围沿高度方向对相邻N层进行合并时，图3中的空心结构合并为6个打印区域，从底部到顶部依次为第一打印区域、第二打印区域、第三打印区域、第四打印区域、第五打印区域以及第六打印区域。
具体的，在步骤S2中，将相邻两层的预切割图形进行比较，得到不重叠区域具体为：对相邻两层的预切割图形进行分割，生成二值图像，以给定参数，用腐蚀算法处理对比图形得到不重叠区域的最大宽度。根据预设的最大宽度范围沿高度方向对相邻N层进行合并具体为：沿高度方向，将相邻层最大宽度相差1mm以内的进行合并。
具体的，在步骤S3中，高度D的预设的最小值大于实际打印时的分层高度。因为极端情况下，合并打印区域时，最小的打印区域为预切割中的一层，实际打印时，分层打印的每层高度为分层高度，当高度D的预设的最小值小于分层高度时，将出现无法打印的情况。在步骤S3中，在高度D达到预设的最小值时，并且最大宽度为固定数值合并时，若打印区域的数量S小于2，说明待打印物品侧面为竖直面，不易出现层纹。
在步骤S4中，喷嘴按照三维模型进行分层打印时，喷嘴沿短边扫描进行打印，减小待打印物品的应力。
具体的，当待打印物品为中空结构时，在步骤S5中，根据每一层外轮廓最大宽度以及内轮廓最大宽度对应位置的坐标在内外边缘分别进行补偿打印，以进一步减小层纹出现的情况。
相比现有技术，本发明提高3D打印精度的方法通过将待打印物品进行预切割，根据预设的最大宽度范围以及计算的相邻两层的不重叠区域的最大宽度将待打印物品的沿高度方向分割成若干个打印区域，通过将最大宽度范围大的区域设置打印时的分层高度小，减小层纹的产生，并且在对最大宽度范围大的区域进行分层打印时，根据每一层最大宽度对应位置的坐标在边缘进行补偿打印，进一步避免层纹的产生，提高打印物品的表面精度。
以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进演变，都是依据本发明实质技术对以上实施例做的等同修饰与演变，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种提高3D打印精度的方法，特征在于，包括以下步骤：
S1:将待打印物品的三维模型沿高度方向均匀间隔高度D进行预切割，将待打印物品切割成N层；
S2:获取每一层的预切割图形，将相邻两层的预切割图形进行比较，得到不重叠区域，对不重叠区域的宽度进行计算，获取不重叠区域的最大宽度L以及此处的对应坐标，根据预设的最大宽度范围沿高度方向对相邻的N层进行合并，使待打印物品的三维模型沿高度方向分割成若干个打印区域，其中，所述预设的最大宽度范围从0开始并均匀间隔固定值T，T=，/>为耗材类型系数，/>为喷嘴挤出流速，/>为沿高度方向待打印物品的最大截面面积；/>为沿高度方向待打印物品的最小截面面积；
S3:当打印区域的数量小于预设值时，减小预切割高度D进行再次预切割，直至高度D达到预设的最小值；
S4:喷嘴按照三维模型进行分层打印，打印时每一层的分层高度小于喷嘴的直径并且在若干个打印区域中，最大宽度范围大的区域分层高度小；
S5:对最大宽度范围大的区域进行分层打印时，根据每一层最大宽度对应位置的坐标在边缘进行补偿打印，补偿打印的宽度为该位置最大宽度的一半。
2.根据权利要求1所述的提高3D打印精度的方法，其特征在于：当待打印物品为中空结构时，在步骤S2中，将相邻两层的预切割图形进行比较具体为：将相邻两层的预切割图形的外轮廓以及内轮廓分别进行比较，得到外轮廓的不重叠区域以及内轮廓的不重叠区域。
3.根据权利要求2所述的提高3D打印精度的方法，其特征在于：当待打印物品为中空结构时，在步骤S2中，根据预设的最大宽度范围沿高度方向对相邻N层进行合并时，同一层的外轮廓最大宽度以及内轮廓最大宽度中取较大值，沿高度方向对相邻N层较大值进行合并。
4.根据权利要求2所述的提高3D打印精度的方法，其特征在于：当待打印物品为中空结构时，在步骤S5中，根据每一层外轮廓最大宽度以及内轮廓最大宽度对应位置的坐标在内外边缘分别进行补偿打印。
5.根据权利要求1所述的提高3D打印精度的方法，其特征在于：在步骤S2中，将相邻两层的预切割图形进行比较，得到不重叠区域具体为：对相邻两层的预切割图形进行分割，生成二值图像，以给定参数，用腐蚀算法处理对比图形得到不重叠区域的最大宽度。
6.根据权利要求1所述的提高3D打印精度的方法，其特征在于：在步骤S3中，高度D的预设的最小值大于实际打印时的分层高度。
7.根据权利要求1所述的提高3D打印精度的方法，其特征在于：在步骤S3中，在高度D达到预设的最小值时，若打印区域的数量S小于2，说明待打印物品侧面为竖直面。
8.根据权利要求1所述的提高3D打印精度的方法，其特征在于：在步骤S4中，喷嘴按照三维模型进行分层打印时，喷嘴沿短边扫描进行打印。
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