[发明专利]一种基于极坐标系的3D打印方法

说明书

一种基于极坐标系的3D打印方法，包括以下步骤：1)，利用三维建模软件对需要的台阶轴零件进行实体建模，并生成STL格式的文件；2)，通过软件算法对导入切片软件的STL格式的三维模型进行分析，寻找到基准线；3)，利用切片软件对实体模型进行切片后，寻找实体模型的旋转基准线，获得实体模型上各点相对与原点的极径ρ和回转所需要的极角θ；4)，将获得的一系列数据以极径和极角与Z方向的厚度储存；5)，在G‑code文件中进行圆弧插补方式计算坐标关系，根据储存的数据，以极坐标的形式驱动打印头运动位置，对被打印件逐层打印；6)，对逐层打印的零件进行修整、打磨、抛光、染色等后期处理；具有打印效率、打印精度高的特点。

技术领域

本发明属于3D打印技术领域，具体涉及到一种基于极坐标系的3D打印方法。

背景技术

目前，现阶段技术较为成熟的3D打印成形方式很多，大概分为以下几种类型：光固化型、粉末床熔融(PBF)型、粘结剂喷射型、材料喷射型、层压型、材料挤出型、定向能量沉积型、混合增材制造型等。其中，由于工程塑料成本低廉，普遍适用于各类强度要求较低的场合，是目前最为普及的3D材料，而工程类塑料主要采取熔融沉积(FDM)打印方式进行。

熔融沉积型3D打印过程中，3D打印系统中喷头的朝向将会直接影响材料融合度的高低，为求最大的材料融合度，喷头的朝向一般都是竖直向下，使材料在加热后受自身重力作用进行最大程度融合。

本发明对现阶段市场上存在的各种3D打印机的打印方法进行了分析、整理、归纳以及总结后，发现目前市场上绝大多数的3D打印机的打印步骤几乎完全一样，即打印步骤如下所示：

1)利用三维建模软件对产品进行建模，并生成STL格式的文件；

2)通过软件算法对导入切片软件的STL格式的三维模型进行分析；

3)对三维模型分层切片，得到该模型每一层的模型(x，y)数据；

4)将数据输出成3D打印机能识别的G-code文件并导入3D打印机；

5)通过控制板识别G-code文件，并控制3D打印机逐层打印成型；

6)对成型的零件进行修整、打磨、抛光、染色等后期处理。

通过进一步对步骤2)、3)进行分析以及总结后发现，目前市场上的3D打印机在打印与3D打印机内水平方向上所有滚珠丝杠的轴线都不平行的直线或者曲线时，打印机的喷头实际所走的轨迹并不是一条笔直的直线或者完全贴合的曲线，而是以一种台阶式的折线拟合而成的直线或者曲线作为打印轨迹(很多打印机也会XY两个轴同时运动，以形成光滑的斜线)，如图1以直线为演示：理想打印状态下要走的是从A到B的直线，但是打印机实际走的却是从A到B的阶梯式折线，只不过打印机内部的滚珠丝杠的单位进给量很小，以至于人的肉眼很难分辨出来。

一般市场上的打印机识别模型数据并不是识别实体模型中的所有数据，而是一系列关键点的数据，打印机在打印时会读取这些关键点的数据并依次进行打印，但是这些关键点并不是连续的，中间会有无数个点没有进行数据记录，这时就需要打印机中的控制板进行插补运算，一般插补分为折线插补和切线插补。传统3D打印机在打印直线时，两个关键点间会进行折线插补方式(如图1所示)，用横平竖直的折线对直线进行逼近，并逐一进行计算折线拐点处点的数据，并按该数据进行走线打印；传统3D打印机在打印圆弧时，两个关键点间也会进行插补运算，有两种插补方式：折线插补和切线插补，圆弧的折线插补与直线的插补原理完全一样(如图2(a)所示)，而圆弧的切线插补方式并不是以折线进行插补，而是以圆弧两点间的切线进行插补(如图2(b)所示)。

因为市面上大多数的3D打印机的喷头实际走的是拟合成的阶梯式折线，即折线插补方式，那么在打印过程中两条相邻的阶梯式折线间就不能完美啮合，使得在打印过程中两条相邻的阶梯式折线上的打印材料间就会有微小的缝隙，如此就造成了打印成型时打印材料的融合度不能达到最佳程度，影响最终的被打印件的打印精度、表面粗糙度以及内部性能。