多边形扫描填充优化与Z轴补偿集成的自动修复分割打印算法研究.pdfVIP

中原工学院硕士学位论文

摘要

光固化成型作为一种快速发展的增材制造技术，凭借着成形精度高、速度快

等优势已广泛的应用到各个行业中。对于传统技术与增材制造技术来比，3D打

印技术在加工效率上依然存在不足，这一缺点限制3D打印技术制造业领域的发

展。SLA打印机主要依靠激光扫描对材料进行固化，路径的规划对打印精度和

效率有一定的影响。在3D打印的路径实现中，轮廓多边形的扫描填充是核心技

术之一。这项技术直接影响打印件的质量、精度和打印效率。根据打印的应用特

点，进行新的多边形扫描填充算法，但在打印中设备参数设置中，会默认设置Z

轴补偿进行打印，在打印过程中会出现细微结构成形变形失真。对于传统的打印

工艺在打印薄壁件结构会出现变形等现象，本文提出了一种新的多边形扫描填充

算法、Z轴补偿自动修复变形方法和自动分割打印方法。

首先利用3D打印的特点，并结合活性边表法，利用一种新的多边形扫描填

充算法。为保证运算数值稳定性和运算效率，对多边形轮廓数据进行整型变换。

利用模型切片文件的数据分辨率定义稀疏扫描线间隔，并重新构造“边”数据结构；

对当前稀疏扫描线，实现“新边表”的插入及“新边”Xi的更新；定义了对下一稀疏

扫描线的非活性边删除和剩余活性边Xi更新的原则；处理对相邻稀疏扫描线跨

边的情况。

针对3D打印过程中由于Z轴补偿引起的细微结构成型变形和失真问题，我

们提出了一种基于二维几何修正的自动化方法。已知细微结构特征点，按拓扑聚

集迭代分群，每群按拓扑结构连接成三维网格树；利用改进活性边表法，求三维

网格树与3D打印切片的交点层初步特征点；判断距离对层初步特征点去伪存真，

根据细微结构层真正特征点对切片层轮廓进行修正；对修正切片轮廓后续处理并

叠加成型。

最后对所需打印的薄壁件结构模型进行有限元分析获得有效的数据，根据所

获得的数据结合分割计算公式对薄壁件进行分割，对分割体进行打印成形，最后

采用粘结的方法对分割体进行拼接成一个整体。实验表明，合理的打印方法与分

I

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割薄壁件打印相结合，能够有效的解决打印变形问题。

新的多边形扫描填充算法、Z轴补偿自动修复变形方法和自动分割打印方法，

以提高SLA3D打印的精度和效率，解决细微结构成形变形和薄壁件打印变形问

题。

关键词：3D打印；变形修正；扫描填充；薄壁结构；有限元分析

II

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Abstract

Asarapidlydevelopingadditivemanufacturingtechnology,lightcuringmolding

hasbeenwidelyusedinvariousindustrieswithitsadvantagesofhighforming

precisionandfastspeed.Comparedwithtraditionaltechnologyandadditive

manufacturingtechnology,3Dprintingtechnologystillhasshortcomingsin

processingefficiency,whichlimitsthedevelopmentof3Dprintingtechnology

manufacturingindustry.SLAprintersmainlyrelyonlaserscanningtocurematerials,

andpathplanninghasacertainimpactonprintingaccuracyandefficiency.Inthepath

realizationof3Dprinting,thescanningandfillingofcontourpolygonsisoneofthe

coretechnologies.Thistechnolog