基于模型轮廓特征的FDM三维打印技术研究

作     者：胡玉波 

作者单位：东南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：周芝庭;张志胜

授予年度：2018年

学科分类：08[工学] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：熔融沉积成型 轮廓特征 填充算法 打印工艺 

摘      要：熔融沉积成型技术是一项新兴的“增材制造技术,具有低成本、易操作、绿色制造等特性,在各领域得到广泛应用。为实现高质量高效率打印,本文从切片引擎角度出发,分析现有打印机打印模型存在的缺陷,对填充算法和打印工艺进行优化。首先,针对现有填充算法成型效率低,填充方式单一的缺陷,本文提出了基于轮廓特征的变填充算法。根据模型切片层的轮廓特征,对切片层区域进行分类,分别提出单切片层细小区域划分算法、单切片层突变区域构造算法以及多切片层细小区域扩充算法。其中细小区域划分算法实现了切片层小面积区域和细长区域的识别以及薄壁区域的扩充构造;突变区域构造算法实现了轮廓奇异顶点的判别以及奇异点突变区域的扩充构造;多切片层细小区域扩充算法实现了细小区域在模型竖直方向上的扩充。其次,针对现有打印工艺成型精度低、表面质量差的缺陷,本文分别提出了轮廓线区域、非固态填充区域和固态填充区域打印工艺优化方案。根据轮廓线截面特征,从丝料受挤压变形的角度出发对挤出丝工艺和外轮廓线接缝打印工艺进行优化;通过虚拟偏置轮廓设定非固态区域边界,改变区域内填充扫描类型和扫描方向,优化非固态填充区域的成型质量;采用路径连续控制和多重斜扫描打印方式,实现固态填充区域填充丝料的平缓过渡以及翘边缺陷的改善。最后,通过实验对变填充算法和打印工艺优化方案进行了验证。实验结果表明,变填充算法节约了模型打印时间,减少了打印丝料损耗,提高了模型非固态填充区域强度。打印工艺优化方案改善了轮廓线表面成型质量,提高了模型成型精度,减少了模型的翘曲变形量。