[发明专利]一种基于面曝光式的多自由度3D打印方法、装置及系统

说明书

本发明公开了一种基于面曝光式的多自由度3D打印方法，涉及3D打印的技术领域，解决了制作工件时需加支撑导致耗材多的技术问题。该方法首先对打印模型表面上的三角面片进行分区，并对区域内的三角面片进行归一化后得到区域面的外法向量，将区域面及其所对应的外法向量放入至区域集合中；然后寻找打印模型的候选基板交面及其参数，以候选基板交面和区域集合为基础，找出切割面，使打印模型能以候选基板交面和切割面为底进行无支撑打印。本发明还公开了一种基于面曝光式的多自由度3D打印装置及系统。本发明无需加支撑，在减少耗材同时提高了产品质量。制作方向可变性提升了切片方向的灵活度，增加了切片层数，也提高了模型的精细程度。

技术领域

本发明涉及3D打印的技术领域，更具体地说，它涉及一种基于面曝光式的多自由度3D打印方法、装置及系统。

背景技术

3D打印技术又称快速成型技术。与传统铸造工艺不同，3D打印技术通过计算机软件对制作工件进行处理，通过对制作工件加支撑，对制作工件分层，生成路径规划，成型系统根据路径的规划达到制作工件的目的。3D打印技术作为一种新型的快速成型方法，如今已经衍生出多种相当成熟的打印方法如FDM、SLA、DLP、SLM等技术，它们都存在着各自的优势。但不管是哪种方法，都不可避免地要面对打印模型支撑的设置及去除问题。传统的打印方式至少依次包括规划的步骤、打印的步骤、去支撑的步骤和表面后处理的步骤。打印支撑的设置对打印模型的影响非常大，对打印完成后模型支撑的后处理也非常重要，打印支撑的去除尤其影响模型的表面精细程度；同时，无论添加哪种支撑结构，都会浪费打印材料。利用传统的打印设备打印出来的模型如图1所示。因此，支撑问题可以说是3D打印技术中急需解决的一个难点问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有技术的不足，目的一是提供一种基于面曝光式的多自由度3D打印方法，制作工件时无需加支撑，有效的减少了耗材。

目的二是提供一种基于面曝光式的多自由度3D打印装置，制作工件时无需加支撑，有效的减少了耗材。

目的三是提供一种基于面曝光式的多自由度3D打印系统，制作工件时无需加支撑，有效的减少了耗材。

为实现上述目的一，本发明提供了一种基于面曝光式的多自由度3D打印方法，包括规划步骤和打印步骤；所述规划步骤用于根据打印模型的表面参数划分出若干可进行无支撑打印的子模型，并根据所述子模型规划出打印路径；所述打印步骤根据规划步骤得到的打印路径完成3D打印。

所述规划步骤包括：

S1、加载打印模型，以获得所述打印模型表面的三角面片及其法向量；

S2、对所述打印模型的三角面片进行分区，以获得多个区域面；

S3、将各个所述区域面内的三角面片的法向分布归一化，以得到与其对应的外法向量；并将所述区域面和与其对应的外法向量作为一组，存储在一区域集合中；

S4、在所述打印模型的外表面上寻找用于规范初始打印方向的候选基板交面及其轮廓线、法向量；

S5、根据所述候选基板交面和区域集合确定切割面，以将所述打印模型划分成多个可进行无支撑打印的子模型；

S6、规划出完整的打印路径；在打印时，所述打印步骤依次以候选基板交面和切割面为底，根据所述打印路径进行无支撑打印。

在S2中，采用区域生长的分区方式对打印模型表面的三角面片进行分区，具体包括：

S21、通过对所述打印模型上所有的顶点进行扫描，以确定可作为第一个种子面片的三角面片；

S22、遍历所述种子面片的邻域面片，如所述邻域面片与种子面片之间的法向夹角位于设定规定值以内，则将所述邻域面片加入到种子面片中，以使所述种子面片进行生长；