3D打印之FDM工艺控制系统详解(四)

阅读 2086 发布时间:2017-01-16 15:28

运动机构扫描路径控制

 影响熔融沉积成型模型制件精度以及翘曲形变的因素很多,例如材料性能、喷头温度和成型室温度影响、填充与挤出速度、三维软件及扫描路径等. FDM技术精确成型是需要整体协同配合,其中的扫描路径从形态上直接影响模型质量和加工效率,所以研究扫描路径及优化就显得异常重要.

 通常情况下, 3D打印模型处理流程如下:1)建造三维模型,由三维设计软件,设计出模型的CAD实体; 2)模型的三角网络化,模型设计后,专

业CAD软件都自带转换和输出STL格式文件功能,STL文件是将模型用一系列小三角形平面逼近原型的处理,是3D打印领域的标准接口文件;3)对三维模型进行切片处理, 生成的STL文件模型在Z轴上用等间隔平面切出面片; 4)扫描路径的生成,在切除等间距面片后根据截面轮廓信息设计扫描路径。

 一个优秀的扫描路径要做到如下几个方面: 首先, 减少空行程,即减少扫描头的跳转次数;其次,减少拉丝现象; 再次,成型时应有好的强度, 有利于减少层间应力和翘曲变形;最后,优化扫描机构的运行状态,减少噪音和震动,即缩短成型时间并提高成型精度;Onuh等提出发散星形和对角发散星形扫描思想, 该方法从图形中间开始扫描, 采用X或Y方向以及对角填充方式,这一方法也叫做并行扫描,可以减少整层的收缩应力和削弱翘曲形变效应。然而,这一方式缺点也很明显,将会导致高度的结构各异性,即整个过程是非连续性路径,方向的各异性引起频繁的速度变化, 同时增加了扫描路径的空行程,使得整个成型时间增多.

 Wasser等介绍了一种退火算法构造方式, 允许单一路径进行连续填充任意形状的横截面, 该方法将区域分为多个节点, 节点的数量取决于精度要求, 采用最近区域优先填充方法,减少了空行程的路径, 提高了扫描效率。Kim和Bertoldi等采用Delaunay三角剖分算法将横截面和将要填充的三角形空间分解为希尔伯特曲线, 然而这种方法只适用于成型高度规则的对象,不适用于任意边界对象。文献构建了轮廓平

行扫描, 运用等轨迹生成算法来提高扫描效率和表层精度, 该方式扫描线沿平行于边界轮廓线的方向进行扫描, 此方法空行程少, 但是这种扫描矢量生成算法设计多边形的复杂操作, 形成路径时间过长.

 为了减小扫描路径的起始和停止点, 加强路径规划和表面精度要求, 文献提出了一种路径扫描算法能有效解决上述两种问题。首先,算法采用分治策略将二维几何图形分解为一组凸多边形; 随后,对于每一个凸多边形, 使用Z字形和轮廓图案策略组合的方式来确定最佳的扫描方向; 最后,将所有的单独子路径连接形成一个封闭的曲线路线. 表3对比了已存在的混合路径算法和所提出算法的路径比较, 一般情况下混合路径算法根据几何图形不同的复杂度扫描路径在6~11步数之间, 而提出的算法扫描路径步数为1。同时,路径元素也大幅度降低, 因此在该扫描路径下, 可以有效加强路径规划和表面精度.

已存在的混合路径算法和所提出算法的路径比较

表3中的路径图案

未完待续;


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