[发明专利]一种层厚可变的切片方法、3D打印方法及3D打印的产品

说明书

本发明涉及增材制造技术领域内一种层厚可变的切片方法、3D打印方法及3D打印的产品，其中层厚可变的切片方法包括如下步骤：分析识别三维模型的内外轮廓每个切片位置相对切片方向的斜率角α，并确定同一切片位置处各斜率角α的最小值α_min；设定各内外轮廓部位对应的斜率角α的最小值α_min与切片层的厚度δ的函数关系，斜率角最小值α_min与切片层厚度δ成一次函数关系；确定整个产品三维模型各部位对应的各切片层的厚度。本发明的方法，根据产品轮廓不同，进行不同层厚的切片打印，可以消除等层厚切片产生的台阶效应，提高产品质量，并兼顾打印效率。

技术领域

本发明涉及增材制造技术领域，特别涉及一种可变层厚的分层切片方法及其3D打印方法。

背景技术

3D打印起源于19世纪末的美国，又被称为三维打印或快速成型技术，由于当时技术条件的限制直到在20世纪80年代开始才得到进一步的发展与推广。经过几十年的发展与不断改进，3D打印技术已经从最早的光固化工艺，发展出熔融沉积成型工艺（FDM工艺）、选择性激光烧结技术（SLS工艺）、三维印刷工艺（3DP工艺）等多种制作快速成型产品的工艺。而其中运用激光烧结技术、熔融沉积成型技术的3D打印技术由于其无需机械加工和任何模具，就可以从计算机图形数据中直接生成各种零件，节省了生产成本与研发时间，大幅提高了生产效率，因而在机械零件、珠宝模具、定制版产品以及医学器官等多个领域都得到了最广泛的应用。

上述各类3D打印的共同特点是一种以数字三维模型文件为基础，运用切片技术将三维模型按一定的层厚切成若干层薄片，将三维实体转化为若干层二维打印的薄片堆叠而成，再运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。切片层厚是3D打印非常关键的一个参数，对打印效率、打印精度、表面质量等有很大的影响，由于3D打印的本质是若干个一定厚度的薄片叠加而成，在边界上会形成“台阶效应”。现有技术中的切片一般切片的各层厚度是固定的，如图1所示。理论上，切片层厚δ越薄，打印出来的实体越精细，精度越高，但效率也越低，随之成本也会升高；为了追求高效率与低成本可以增加切片厚度，但等厚度切片分层后，外轮廓斜率大的部位找印后 “台阶效率”明显，表面质量与精度会明显下降。目前市面上的各类3D打印技术与设备在打印特定的实体时均权衡上述因素之间的关系，采用最佳的、单一的层厚进行切片与打印，无法充分发挥设备的效率与精度。

发明内容

本发明针对现有技术中单一固定层厚切片及打印方法兼顾打印效率和精度的要求，提供一种层厚可变的三维模型的切片方法，以克服上述问题。

本发明的目的是这样实现的，一种层厚可变的三维模型的切片方法，依次包括如下步骤：

分析识别三维模型的内外轮廓每个切片位置相对切片方向的斜率角α，并确定同一切片位置处各斜率角α的最小值α_min；

设定各内外轮廓部位对应的斜率角α的最小值α_min与切片层的厚度δ的函数关系，斜率角最小值α_min与切片层厚度δ成一次函数关系；

确定整个产品三维模型各部位对应的各切片层的厚度。

本发明的层厚可变的三维模型的切片方法，进行三维模型切片时，根据不同外轮廓部位相对切片方向的斜率角，设定不同的切片层厚度，为降低非竖直轮廓部位切片产生的“台阶效应”，将三维模型轮廓为竖直面的部位设置稍厚的切片厚度，以满足质量精度的同时提高效率；三维模型内外轮廓为斜面或曲面的地方减小切片厚度，以确保获得良好的表面质量及精度。本发明方法将三维实体进行多个不同厚度的分层切片，实现3D打印时效率与质量的双重保障，从而大幅提高设备打印效率，降低打印成本，为推进3D打印在各领域的产业化应用提供保障。

为精确确定斜率角与切片层厚的函数关系，所述斜率角最小值α_min与切片层的厚度δ的函数关系为δ=k*sinα_min，其中k的取值范围为0.1-1，打印质量要求越高k取值越小。