[发明专利]一种增材制造自适应复合分层切片方法

说明书

本发明涉及3D打印技术领域，提供了一种增材制造自适应复合分层切片方法，其主旨在于实现将内部使用最大层厚打印，外部根据表面曲率大小使用变层厚打印，以及解决由此带来的同一切片单元内外部高度不一致，影响打印质量的问题。主要方案包括将内部使用最大层厚打印，外部根据表面曲率大小进行自适应分层，使用不同的层厚进行打印，自适应分层中如果某一层厚小于设备支持的最小打印厚度t_min，则与下一层合并，直至厚度大于等于t_min；如果某一层厚大于设备支持的最大打印层厚t_max，则将该层分解为两层，其中一层的层厚为t_max，剩余层厚继续整理，直至每层层厚均小于等于t_max；最终得到自适应分层层厚序列T{t_i}。

技术领域

本发明涉及3D打印技术领域，提供了一种自适应复合分层切片方法。

背景技术

增材制造(Additive Manufacturing，AM)技术，又称3D打印，是利用材料逐层累加的方法制造工件的新型制造技术。根据成型工艺技术的不同，常用的有光固化成形(SLA)、熔融沉积成型(FDM)、激光选区熔化(SLM)等方法。无论何种成型工艺，其采用的均是分层叠加成型的制造原理，因此对数字模型的分层是3D打印中必不可少的一环。此外，在工件的实际加工过程中，分层的情况会影响打印质量和打印时间，因此分层在3D打印中有着举足轻重的地位。

等厚分层是最早应用于3D打印的分层方法，即按照初始设定的厚度值将待加工工件的数字模型切分为一系列薄片进行加工，其原理简单，容易实现，程序执行速度快。但是如果分层厚度过大，工件表面特别是轮廓曲率变化较大的表面会出现明显的“阶梯效应”现象，造成工件表面打印质量下降；如果分层厚度过小，工件的打印时间过长，成型效率低下。为了解决打印效率和打印质量的平衡问题，又出现了自适应分层方法。这种方法的思路是根据工件表面的粗糙度或精度的要求，适应性地改变分层的厚度，轮廓曲率变化较大的地方使用小层厚，轮廓曲率变化较小的地方使用大层厚，这样能很好的抑制台阶效应，同时又减少加工时间。

另一方面，传统的分层方法都是将打印工件整体进行切片，得到每层的加工轮廓。为了进一步提高加工效率，复合分层方法被提了出来，即将打印工件分为表面和内部两个部分，表面采用较小的打印厚度，内部采用较大的打印厚度进行加工。对于内部，定层厚加工即可达到最佳效果，但表面层可采用自适应分层进一步优化加工效率，本专利结合自适应分层和复合分层的思想，提出了一种自适应复合分层切片算法。

基于FDM技术3D打印机切片方式的设计一文中提出构建一种新型的切片方式，分别采用不同层厚对工件的外表面、辅助支撑、内部支撑进行分层处理。其主要利用增加的大直径喷头来增加打印速度，想借此来增加打印速度和工件强度。但是该文对外部支撑做出的增大喷头直径的做法会使支撑难以剥离；更重要的是该文仅以简单的正方体作为示例，并未提出一种具有普遍适用性的切片方法。

熔融沉积型3D打印的四步分层方法^[2]一文中提出了“表面精细，内部快速”的分层方法，将模型分为外部区域和内部区域。外部区域采用最薄层厚，内部区域采用最大层厚。这种分层方法不仅满足了表面的精度要求，而且总体打印时间少。但是该文表面使用的最小层厚打印，这会增加表面的打印时间。

一种增材制造的复合式分层切片算法提出了一种具体的复合分层切片算法。该方法将工件划分为外表面和内部两个部分，分别打印以提高加工效率。该种方法适用于各种复杂程度的工件，能够在保证工件加工精度和力学性能的前提下提高打印速度，并适用于SLA、SLS、FDM等多种主流3D打印工艺。

发明内容

本发明的目的在于实现将内部使用最大层厚打印，外部根据表面曲率大小使用变层厚打印，以及解决由此带来的同一切片单元内外部高度不一致，从而造成打印出现断层，工件表面出现突起或凹陷，影响打印质量的问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：