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基于FDM的3D打印切片引擎的研究及优化

卓闻涛  
【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。


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