CN105881917A - 一种3d打印的切片方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种3D打印的切片方法，其特征在于，(1)采用计算机辅助设计软件建立待打印产品的三维模型；(2)对所述三维模型进行切片处理，将模型沿竖直方向分隔成若干个切片，其中至少部分切片形成的层为曲面层，所述曲面层与竖直方向的切面的交线为正弦分布形态的曲线，切片曲面上形成规律、均布的峰‑谷分布；(3)按照步骤（2）获得的分层切片信息，分层打印模型。本发明在不改变材料本身粘结性的前提下，大大增加了3D打印获得的器件的强度，且便于实现模型重构。

Description

一种 3D 打印的切片方法

技术领域

本发明涉及一种快速成型技术，具体涉及一种用于3D打印中的模型分层切片方法。

背景技术

3D打印，也称为增材制造，是快速成型技术的一种。这种技术以数字模型文件为基础，运用粉末金属或塑料等可粘合材料或光敏材料，通过逐层打印并粘合（或固化）的方式来构造物体。3D打印最大的特点是可以满足个性化需求对于高精度复杂或者个性化的产品生产，3D打印在成本、技术实现难度上更甚一筹。同时，因为是增材制造，生产中几乎不产生废料，材料利用率常常能达到90%以上。因此，3D打印在制造样件和模具方面，具有无可替代的优势。

采用3D打印技术实现模型打印的原理是：在某一个方向上，用足够多的切片将三维模型细分成可以打印的厚度，得到每一层上切片与模型相交的所有轮廓信息，计算打印路径；根据打印路径，通过对打印材料的逐层堆积粘结（固化），将模型重构出来。

现有技术中，如附图1所示，切片为平面切片，对3D打印的切片技术的研究，主要集中在切片的厚度选择上，分层算法主要有均匀分层和自适应分层两种。其中，自适应分层是根据物体的表面复杂情况，自动对模型的分层厚度进行改变，使得复杂的表面具有的分层厚度较小，简单的表面具有的分层厚度较大。例如，中国发明专利申请CN104708824A公开了一种保留模型特征的3D打印自适应切片方法，通过特征存在条件判断切片轮廓信息中任意相邻两分层高度上的切片是否有可能存在特征，若有可能存在特征，则采用最小分层厚度对切片间的模型数据进行二次切片，从而在尽量减少分层数的前提下提高打印精度。因此，现有技术中的切片均为平面切片，对切片的研究主要集中在切片的厚度选择上。

然而，对于采用粘结方式成型的3D打印来说，一个难点是获得的3D打印器件的强度不够，特别是层间结合强度存在问题。为提高强度，常规的思路是提高材料本身的粘结性。但是，在不考虑材料本身粘结性的情况下，如果能够改善打印器件的强度，对于3D打印的应用将产生重要影响。

发明内容

本发明的发明目的是提供一种3D打印的切片方法，通过对切片方法的改进，提高3D打印器件的强度。

为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：一种3D打印的切片方法，包括下列步骤：

(1) 采用计算机辅助设计软件建立待打印产品的三维模型；

(2) 对所述三维模型进行切片处理，将模型沿竖直方向分隔成若干个切片，分切片为曲面，所述曲面层与竖直方向的切面的交线为正弦分布形态的曲线，切片曲面上形成规律、均布的峰-谷分布；

(3) 按照步骤（2）获得的分层切片信息，逐层打印模型。

在实际操作中，可以指定特定位置作为正弦曲线的中心点，在打印时以该中心点作为定位点。模型的所有切片均由曲面层构成。

切片是基于模型的外形尺寸而跟内部结构无关。

上述技术方案中，模型的最大宽度为D，模型的高度为H，所述正弦曲线或余弦曲线的振幅为A，周期为d，层厚为h，当H/D﹥1时，A﹥2h，d﹥4h，当H/D≤1时，h≤2A≤2h，2h≤d≤4h。

上述技术方案中，所述切片具有空间正弦曲面，所述空间正弦曲面与至少一对相互正交的的切面的交线均呈正弦分布，曲面光滑，周期d内存在一个峰、一个谷。由此，相邻区域的正弦曲线构成的峰和谷交替分布。峰-谷交替分布，加大侧向粘合力，从而加大了3D打印零件的强度。

上述技术方案中，每层切片的层厚相同。

当被打印物体的底面投影中，各方向大小不同时，采用不同方向不等周期的方式进行切片。优选地，所述曲面在沿水平面的每个方向上具有不少于4个周期。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：

1、本发明突破了传统技术中采用平面切片的思维框架，创造性地引入了正弦曲面构成切片的曲面，独特的均布峰-谷分布大大增加了相邻层间的接触表面，在不改变材料本身粘结性的前提下，大大增加了3D打印获得的器件的强度。正弦曲面具有光滑的特性，不增加设备运行难度。

2、本发明同一切片层内厚度相等，3D打印机的出料方式与传统平面切片方式的出料方式相同，不会增加制作难度。

3、本发明采用了正弦曲线作为曲面的主体构成元素，曲面具有极强的规律性，便于实现模型重构。

4、正弦曲面正交方向的周期、振幅和层厚可调，便于根据工艺调整打印方案，以便获得最强零件。

附图说明

图1是现有技术中的切片结构示意图；

图2是本发明实施例一的切片结构示意图；

图3是实施例一中的切片的面切割分布示意图；

图4是实施例二中不等周期分布的示意图；

图5是实施例三的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

实施例一：参见图2所示，一种3D打印的切片方法，包括下列步骤：

(1) 采用计算软件建立产品的三维模型；

(2) 对所述网格模型文件进行切片处理，将模型沿竖直方向分隔成若干个切片，分切片为曲面，所述曲面层在垂直于切片方向的截面与相邻切片的曲面层的边界线为正弦曲线；

(3)按照步骤（2）获得的分层信息，逐层打印。

参见附图2，模型的最大宽度为D，模型的高度为H，所述正弦曲线或余弦曲线的振幅为A，周期为d，层厚为h，当H/D﹥1时 A﹥2h，d﹥4h，当H/D≤1时，h≤2A≤2h，2h≤d≤4h。

参见附图3，为实施例中切片的面切割分布示意图。从同中可见，本实施例中，相邻区域的正弦曲线面构成的峰和谷交替分布。

本实施例中，每层切片的层厚相同。在实际操作中，可以指定特定位置作为正弦曲线或余弦曲线的中心点，在打印时以该中心点作为定位点。

实施例二：一种3D打印的切片方法，步骤与实施例一类似，其中，参见附图4所示，为切片的等高图，深色部分部分表示峰值，浅色部分表示谷值，被打印物体的底面投影中，各方向大小不同，采用不同方向不等周期的方式进行切片。

实施例三：一种3D打印的切片方法，模型中的部分切片由曲面层构成，部分切片由平面层构成，连接片的切片一面为曲面，另一面为平面。如附图5所示，打印时，可以先在最下面一层打上基底层，然后用常规方式打印平面切片。这样打印的时候，虽然打印机构按照平面运动，最后实际生成的面为曲面形状。根据模型的形状和强度要求，选择不同的切片配合形式，以提升打印速度。

Claims (6)

1. 一种3D打印的切片方法，其特征在于，包括下列步骤：

(1) 采用计算机辅助设计软件建立待打印产品的三维模型；

(2) 对所述三维模型进行切片处理，将模型沿竖直方向分隔成若干个切片，分切片为曲面，所述曲面层与竖直方向的切面的交线为正弦分布形态的曲线，切片曲面上形成规律、均布的峰-谷分布；

(3) 按照步骤（2）获得的分层切片信息，逐层打印模型。

2. 根据权利要求1所述的3D打印的切片方法，其特征在于：模型的最大宽度为D，模型的高度为H，正弦曲线的振幅为A，周期为d，层厚为h，当H/D﹥1时，A﹥2h，d﹥4h，当H/D≤1时，h≤2A≤2h，2h≤d≤4h。

3. 根据权利要求1所述的3D打印的切片方法，其特征在于：所述切片具有空间正弦曲面特性，曲面光滑，周期d内存在一个峰、一个谷。

4. 根据权利要求1所述的3D打印的切片方法，其特征在于：每层切片的层厚相同。

5. 根据权利要求2所述的3D打印的切片方法，其特征在于：当被打印物体的底面投影中，各方向大小不同时，采用不同方向不等周期的方式进行切片。

6. 根据权利要求5所述的3D打印的切片方法，其特征在于：所述曲面在沿水平面的每个方向上具有不少于4个周期。