熔融沉积式3D打印机切片技术优化研究

作     者：许明泽 

作者单位：河北工程大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王磊磊;朱智富

授予年度：2023年

学科分类：080202[工学-机械电子工程] 08[工学] 0802[工学-机械工程] 

主      题：增材制造 熔融沉积 自适应分层 填充路径规划 STL文件 

摘      要：增材制造成型是在计算机技术、数控技术、激光技术和新材料基础上发展起来的一种先进制造技术。与传统切削加工成型方法不同,增材制造成型的产品是由一层一层的材料叠加而成。作为增材制造使用的主要设备,熔融沉积式(Fused Deposition Molding,FDM)3D打印机因其结构简单、成本低廉而被广泛使用。FDM式3D打印机的切片处理过程会直接影响成型精度和加工效率。本文据此展开研究,重点关注切片分层以及填充路径规划等方面的问题,主要研究内容包括以下几个方面:一、首先对STL格式文件进行分析,针对读取过程中出现的冗余顶点问题,设计哈希函数使用哈希表法去除冗余加快了数据处理效率。二、针对打印过程中会出现的阶梯效应以及模型特征的偏失的现象,设计了一种保留模型特征的改进自适应算法来进行分层。首先识别模型特征并记录模型特征高度,然后在模型特征间采用自适应分层减小阶梯效应,在特征高度处调节层厚以达到保留模型特征的目的。三、研究打印填充路径的方法,采用一种复合填充扫描方法进行填充,通过轮廓偏置法生成切片层的边界和相邻区域,并采用分区平行填充法生成切片层的内部区域;针对多轮廓层面打印过程中会出现的空行程打印的问题,采用蚁群算法对轮廓间路径做出规划以减少空行程路径。最后,本研究对上述方法进行了实验验证,介绍了实验所搭建的实验平台,并利用该平台进行打印实验。实验证明,本文提出的切片分层算法和填充算法具备可行性,其综合应用对于在实际应用中打印物体的表面质量和提高打印效率有重要意义。