[发明专利]一种自适应分层的増材制造方法

说明书

本发明属于増材制造领域，并公开了一种自适应分层的増材制造方法。该方法包括下列步骤：(a)对待处理模型文件第一次切片处理得到多个主切片层和每层主切片层的轮廓环及其数据；(b)将主切片层轮廓环上的点分为差异特征顶点和公共特征顶点；(c)对差异特征顶点进行局部区域化处理生成新的局部区域，按照预设最小层厚对新的局部区域进行第二次切片处理，生成多个子切片层及其轮廓数据；(d)按照主切片层和子切片层的轮廓数据分别进行3D打印，由此完成増材制造。通过本发明，考虑模型的整体形貌及切片层中的局部特征，实现切片层中局部区域精细子分层处理，降低切片固有的“阶梯效应”，提高了分层切片效率，保证最终打印产品的表面质量。

技术领域

本发明属于増材制造领域，更具体地，涉及一种自适应分层的増材制造方法。

背景技术

增材制造俗称3D打印，是融合了计算机辅助设计、材料加工与成形技术、以数字模型文件为基础，通过软件与数控系统将专用的打印材料如粉末、丝材、液体等形式，按照烧结、熔融、挤压、光固化、喷射等方式逐层堆积，制造出实体物品的制造技术。相对于传统的、对原材料去除－切削、组装的加工模式不同，是一种“离散—逐层堆积”的基本制造过程技术。这使得过去受到传统制造方式的约束，而无法实现的复杂结构件制造变为可能。

在增材制造数据处理过程中，其中最关键的就是对模型进行离散分层处理，即通常称为的“切片”操作。目前，增材制造中广泛使用的是STL文件格式。切片分层技术则是将3D模型文件如STL，离散化为切片轮廓数据。切片分层处理的结果又涉及到增材制造的加工时间以及产品的表面质量精度问题。因为这种“离散—逐层堆积”的加工理念，导致了AM技术固有的加工缺陷，会在产品表面会形成“台阶效应”，这种台阶效应在大曲率表面以及大倾斜表面效果更为显著。出现台阶效应的根本原因是在使用离散模型表达实际连续模型时，在离散的两层之间存在突变量，造成的成型件表面“失真”。台阶效应不能被消除，但是可以采用更小的分层厚度来进一步降低台阶效应，但是，这样就会增加模型的分层数量，继而就会增加在进行增材制造过程的加工时间。因此，需要研究一种自适应分层方法，一方面既可以通过提高分层精度来提高产品的表面质量，另一方面则通过减少分层数量来降低产品的增材制造时间，这在增材制造领域是一个难点。为了解决“表面精度”和“加工效率”的矛盾，业界提出了一种“自适应分层”的技术。

目前，最常规的自适应切片分层方法是针对STL模型中三角面片作为倾斜平面的判定。有人提出了一种被广泛使用的Cusp Height来表示阶梯效应的度量，Cusp Height由三角形面片的法相矢量与分层方向的夹角以及分层的厚度来决定。该类方法最常采用的方法是以最大的层厚进行切片然后通过Cusp Height或者其他判定手段来决定是否需要再次细分，然而，也有相关文献提出不同的自适应切片算法：如申请号为201510108708.3的专利《一种保留模型特征的3D自适应切片方法》，该方法其主要是针对STL模型文件，主要是利用STL模型中的三角面片三个顶点的三维坐标以及其单位法向量数据作为判定特征，及先采用最大分层厚度Lmax对STL模型进行切片，然后查找与当前切片层中所有相交的三角形面片的特征三角面片作为本层的表征三角面片，然后通过“尖端高度方法”来判定是否需要再次细分的层厚Lmin，同时再判定当前层是否含有特征面，特征线，以及特征点，如果有，则以最小的分层高度Lmin对当前层进行再次细分。但是该方法非常耗费时间，因为需要采用遍历本层中的所有的三角面片并进行判定特征三角形，该算法的效率不高，其次该方法没有针对局部区域中显著突变特征进行局部细分处理，而是对含有特征面、特征线、特征点以Lmin进行子层全局分层处理，因而增加了最终的分层数量，增加了模型的加工时间。