[发明专利]利用熔丝3D打印技术的打印路径优化方法及3D打印方法

说明书

本发明公开了一种利用熔丝3D打印技术的打印路径优化方法及3D打印方法，该打印路径优化方法包括：将待打印的目标制件的三维数模进行分层切片处理并生成初始打印路径；识别初始打印路径中包含的小角度转角路径；在转角顶点处生成过渡打印路径，其被定义为自转角顶点开始的小角度转角的角平分线的反向延长线段或者与反向延长线段的夹角在预设角度偏差范围内的过渡线段；生成优化转角路径以替代小角度转角路径，其中优化转角路径依次由转角前路径、过渡打印路径及其反向路径、以及转角后路径组成。根据本发明的利用熔丝3D打印技术的打印路径优化方法及3D打印方法，能够改善熔丝3D打印制件的转角打印质量和外形，并降低生产成本。

技术领域

本发明涉及3D打印的技术领域，尤其涉及一种利用熔丝3D打印技术的打印路径优化方法及熔丝3D打印方法。

背景技术

3D打印技术是一种基于离散-堆积原理，以合金粉末或丝材为原料采用逐层熔化堆积的方法由三维数模直接制造复杂形状零件的技术，尤其适合钛合金、高温合金等材料的加工零件的成形，特别是以常规方法加工成形较为困难的零件的成形。3D打印技术因其技术优势在诸如飞机研制和定型阶段发挥着不可替代的作用。

其中，以金属丝材为原料的熔丝3D打印技术具有成形尺寸大、成形效率高、综合成本低等优点，在诸如民用飞机大型承力结构件的制造上具有非常大的应用潜力和潜在优势。

然而，与粉末3D打印技术相比，熔丝3D打印技术的成形精度较低，尤其是在打印小角度转角结构(诸如不超过120°的转角的结构)或具有小角度转角结构的零部件时，3D打印设备的运动机构减速、微震等因素容易造成小角度转角处的打印原材料积累过多且转角处热源停留时间过长、热影响区大等问题，这可能进一步致使最终加工成形的零部件出现在转角处的组织性能不均匀、性能不佳的缺陷。为此，目前较为常用的解决方案一般是将小角度转变为圆弧角，通过增大3D打印设备的运动机构的转角来减少运动机构减速等所造成的转角积料现象。

然而，上述将小角度转变为圆弧角的解决方案在改善转角打印质量的同时，也会改变制件的原始外形，打印制得的制件外形会由小角度转角变为圆弧角。这可能造成制件外形和期望的外形存在差异，并且所需的原材料丝材用量也将提高而导致生产成本增加，这将弱化熔丝3D打印技术的成本优势。

因此，亟需提供一种新的利用熔丝3D打印技术的打印路径优化方法及相关的3D打印方法，以至少部分缓解或改善现有技术存在的上述缺陷。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有的熔丝3D打印方案可能造成制件性能不佳、不均匀或者制件外形和期望外形存在差异、生产成本相对较高的缺陷，提出一种新的利用熔丝3D打印技术的打印路径优化方法及3D打印方法。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：

本发明提供了一种利用熔丝3D打印技术的打印路径优化方法，其特点在于，所述打印路径优化方法包括以下步骤：

将待打印的目标制件的三维数模进行分层切片处理以获取多层切片，并针对每层切片生成初始打印路径；

识别所述初始打印路径中包含的小角度转角路径，其中所述小角度转角路径具有小角度转角、转角前路径、转角后路径及其转角顶点；

在所述小角度转角路径的所述转角顶点处生成过渡打印路径，所述过渡打印路径被定义为自所述转角顶点开始的所述小角度转角的角平分线的反向延长线段或者与所述反向延长线段的夹角在预设角度偏差范围内的过渡线段；

生成所述小角度转角处的优化转角路径，并以所述优化转角路径替代每层切片的所述小角度转角路径，其中所述优化转角路径依次由所述转角前路径、所述过渡打印路径及其反向路径、以及所述转角后路径组成。

根据本发明的一种实施方式，所述预设角度偏差范围被定义为-10°至+10°的角度范围。