[发明专利]一种镂空结构的FDM打印方法

说明书

本发明提出了一种镂空结构的FDM打印方法，其步骤如下：镂空结构模型内部孔洞定义；镂空结构模型分割；分别打印所述镂空结构模型的多个子模块Pi，打印完成后将多个子模块拼接起来，完成所述镂空结构模型的FDM打印。本发明的有益效果如下：通过采用将镂空结构模型按照Voronoi图中心节点分割、分别打印分割后的模块、再将其进行拼接的方法，实现了镂空结构在FDM设备上的制造。由于分割后各个模块的边界面可以作为打印支撑面，因此打印镂空结构模型时不再需要支撑结构。本发明所述方法将镂空结构模型分割后可并行打印各子模型，提高了镂空结构模型的制造效率。

技术领域

本发明涉及计算机辅助建模和增材制造技术领域，特别是指一种镂空结构的FDM打印方法。

背景技术

镂空结构材料普遍存在于自然界中，

例如木材、软木、海绵和珊瑚等。20世纪以来，人们已经能够制造出多种形态的无气轮胎、蜂窝材料和泡沫金属等镂空结构材料。与实体结构材料相比，镂空材料因其具有超轻、高强韧、耐撞击、高比强、高比刚度、高效散热、隔热、噪声管理等特点，

在电子、通讯、化工、冶金、机械、建筑、交通运输、甚至在航空航天领域中都有着广泛用途。

传统制造技术如车、铣、磨、钳、焊等工艺只考虑零件的表面结构，具有复杂内部结构的镂空材料面临着模型无法制造的困境。增材制造技术是近20年来制造技术领域的一次重大突破，增材制造技术通过堆积材料叠加起来形成三维实体，先将CAD模型离形化，沿某一方向切成许多层面，即分层，然后在分层信息控制下顺序加工各片层，并层层结合，堆积出三维零件。

增材制造技术的出现使得镂空材料的制造成为可能。当前的增材制造技术主要有立体印刷(SLA)、分层实体制造(LOM)、选择性激光烧结(SLS)以及熔融沉积成型(FDM)等制造工艺。

在FDM成型过程中，喷头在计算机控制下作X-Y联动扫描和Z向运动，丝材在喷头中被加热并略高于熔点。喷头在扫描运动中喷出熔融材料，快速冷却形成一个加工层，并与上一层牢牢连接在一起。这样层层扫描迭加便形成一个空间实体。由于操作环境干净、安全、材料无毒、备选制造材料多、价格便宜等因素，FDM打印技术广泛应用于办公室、家庭等环境。FDM技术极大地促进了增材制造技术的发展与普及。

在FDM成型中，每一个层片都是在上一层上堆积而成，上一层对当前层起到定位和支撑的作用。随着高度的增加，层片轮廓的面积和形状都会发生变化，当形状发生较大变化时，上层轮廓就不能给当前层提供充分的定位和支撑作用，这就需要设计一些辅助结构，即支撑。但是对于内部存在孔洞的镂空材料，如果在打印过程中添加支撑，将导致产品制造完成时，支撑位于产品内部无法去除的问题。

因此，如何设计一种镂空结构的FDM打印方法，解决打印过程中的支撑问题，具有重要意义。

发明内容

本发明提出一种镂空结构的FDM打印方法，解决了现有技术中镂空结构模型打印过程中需要支撑的问题。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种镂空结构的FDM打印方法，其方法步骤如下：

(1)镂空结构模型内部孔洞定义：

1、在镂空结构模型内部分布点集P，并根据需要调整点集P的位置；

2、根据点集P生成Voronoi图结构，对每一个Voronoi图单元，去除位于所述镂空结构模型外的部分，提取Voronoi图单元的顶点作为Nurbs曲面的控制点，生成Nurbs曲面；

3、将Nurbs曲面对应所述镂空结构模型的内部孔洞，

去除实体模型中的Nurbs曲面，完成镂空结构模型内部孔洞的定义；

(2)镂空结构模型分割