基于FDM的3D打印切片引擎的研究及优化

摘要

3D打印技术是制造业领域正在迅速发展的一项新兴技术，被誉为第三次工业革命的重要标志之一。中国的3D打印产业尚处于发展的初级阶段，研发力量不足，特别是在3D打印软件领域，大多数厂商直接采用国外现有软件，缺少对切片原理核心技术的掌握与自主研发。针对这一现状，本文对基于熔融沉积制造工艺的桌面级3D打印机切片引擎原理进行研究，并对FDM工艺在实际打印过程中出现的常见缺陷进行分析，从软件层面出发，提出改进后的3D打印切片引擎整体设计方案与软件实现方法，以达到优化输入模型数据，提高整体打印效率并改善模型打印质量的目的。
　　首先对熔融沉积制造工艺3D打印机成型缺陷，如模型底部打印缺陷、模型细节区域打印缺陷以及双喷头漏丝缺陷进行分析。在此基础上提出改进后切片引擎软件整体设计方案，将切片引擎工作链系统划分为模型数据输入、模型数据处理以及数控G代码输出三个模块。
　　其次，文章对各个模块的实现方法与改进方案进行详述。在模型数据输入模块中，本文提出了基于STL格式模型信息优化算法，实现模型存储方式优化，模型冗余信息简化以及模型重叠面、封闭性的检测;在模型数据处理模块中，本文提出了模型切片层细节区域判断方法，以提高模型细节区域成型质量;在G代码输出模块中，本文对喷嘴挤出宽度控制方法进行优化，并提出了改进后模型底座构造方法与漏丝保护壳构造方法，进一步提高模型成型质量。
　　最后，文章对本文所设计改进后切片引擎针对FDM工艺3D打印机成型缺陷的优化结果进行验证，结果表明改进后的引擎能有效提高模型成型质量。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题背景

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 论文研究内容及意义

1．4 论文组织结构

第二章 切片引擎整体设计方案

2．1 FDM工艺打印成型缺陷分析

2．1．1 模型底部打印缺陷分析

2．1．2 模型细节区域打印缺陷分析

2．1．3 双喷头打印漏丝缺陷分析

2．2 切片引擎模块设计与优化方案

2．2．1 模型数据输入模块

2．2．2 模型数据处理模块

2．2．3 数控G代码输出模块

2．3 本章小结

第三章 模型数据输入模块

3．1 模型原始信息提取

3．2 模型信息优化

3．3 本章小结

第四章 模型数据处理模块

4．1 模型切片分层算法

4．2 模型切片层打印信息生成

4．2．1 轮廓多边形的填充与运算

4．2．2 模型外壁打印轨迹生成算法

4．2．3 模型表层轮廓与填充轮廓生成算法

4．3 模型切片层细节区域判断

4．4 模型支撑生成算法

4．4．1 网格坐标建立

4．4．2 支撑格点判断

4．4．3 支撑多边形构造

4．5 本章小结

第五章 数控G代码输出模块

5．1 FDM数控G代码

5．1．1 加工平台坐标系

5．1．2 G代码构成

5．1．3 打印G代码指令格式

5．2 喷嘴挤出宽度控制优化

5．3 打印G代码路径生成

5．3．1 填充区域轨迹生成算法

5．3．2 切片层打印路径与路径类型定义

5．3．3 切片层打印路径规划算法

5．3．4 切片层打印路径生成

5．4 G代码输出

5．4．1 G代码指令生成算法

5．4．2 模型底座G代码构造

5．4．3 漏丝保护壳G代码构造

5．5 本章小结

第六章 切片引擎优化结果验证

6．1 模型底部打印优化结果验证

6．2 模型细节区域打印优化结果验证

6．3 双喷头漏丝缺陷优化结果验证

6．4 本章小结

第七章 总结与展望

7．1 总结

7．2 展望

致谢

参考文献