逆向工程與快速成型技術(shù)應(yīng)用 第4版 課件 5-4 三維模型的分層處理

蘇州市職業(yè)大學(xué)孫春華三維模型的分層處理（介紹三維模型分層處理的定義、方法）目錄CONTENTS1.分層處理的定義2.成型方向的選擇3.臺階效應(yīng)的產(chǎn)生4.支撐的作用和添加Part1分層處理的定義在3D打印機(jī)工作之前，用戶需要使用切片軟件將STL模型按照一定的規(guī)則進(jìn)行切片分層，以獲得指引3D打印機(jī)工作的G-Code代碼——這個過程就是分層處理。層高Part1分層處理的定義分層處理的關(guān)鍵：

成型方向——即快速成型時疊堆的方向。

臺階效應(yīng)——快速成型層層堆積的制造原理導(dǎo)致的在成型件表面出現(xiàn)“臺階”。

這是一個原理性的誤差，不可消除，但可以減小。③

支

撐——輔助成型的結(jié)構(gòu)部分。

a)等層高

b)自適應(yīng)層高分層臺階成型方向支撐Part2成型方向的選擇成型方向即快速成型時疊堆的方向。成型方向影響到打印精度、打印時間、打印成本、打印件速度以及支撐數(shù)量，是個很重要的參數(shù)。確定成型方向時，要考慮：

1)

從縮短打印時間和提高效率來看，應(yīng)選擇尺寸最小的方向為成型方向；2）從提高打印質(zhì)量以及提高關(guān)鍵尺寸和形狀的精度來看，需將較大尺寸作為成型方向；3）為減少支撐，方便后期處理使懸臂結(jié)構(gòu)的數(shù)量最少，可采用傾斜擺放！Part2成型方向的選擇(1)盡可能減少零件的支撐面積，以使零件有較少的懸臂結(jié)構(gòu)。(2)盡可能降低零件分層方向的高度，以減少零件的制作時間。(3)盡可能減少零件的表面粗糙度，以提高零件的制作精度。即較優(yōu)的成型方向是在滿足零件成型精度的前提下，成型時間較少，表面支撐也要盡量少。較優(yōu)的成型方向Part2成型方向的選擇成型成功是首要考量！設(shè)計時零件的加工擺放方向應(yīng)明顯。成型方向與殘余應(yīng)力和表面粗糙度都有重大關(guān)系。成型方向?qū)庸こ杀竞图庸r間有重大關(guān)系。復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件的成型方向很難兼顧支撐、表面粗糙度、加工時間、成本、細(xì)節(jié)，使樣樣都達(dá)到完美狀態(tài)，需要自行取舍，畢竟魚與熊掌不可兼得。經(jīng)驗分享：Part3臺階效應(yīng)的產(chǎn)生確定了成型方向和支撐類型后，就可以按照設(shè)定的分層高度（簡稱層高），沿成型方向進(jìn)行分層，以得到一系列等距水平面內(nèi)的零件輪廓截面信息。然在成型過程中，是以各層截面圖形為底，高度為層高的一個個柱形體依次疊加成型的。這樣所形成的三維實體，表面不可避免地形成“臺階”狀。快速成型的疊層制造原理將不可避免導(dǎo)致在加工件的表面出現(xiàn)所謂的“臺階效應(yīng)”。臺階效應(yīng)是影響加工件表面質(zhì)量的一個重要因素。當(dāng)面片的法矢與成型方向夾角越小，臺階效應(yīng)越明顯。也就是說，模型的曲率半徑越大，臺階效應(yīng)越明顯；模型的曲率半徑越小，臺階效應(yīng)也會減小。a)曲率半徑較大時b)曲率半徑較小時Part3臺階效應(yīng)的產(chǎn)生對于同一個原型件，層高越大，所需加工的層數(shù)越少，成型時間越短，但臺階效應(yīng)帶來的表面質(zhì)量就較差；層高越小，臺階效應(yīng)越小，表面質(zhì)量提高，但層高過小會增加分層數(shù)量，增加成型時間，并且數(shù)據(jù)處理量的增大也增加了數(shù)據(jù)處理時間?？梢娂庸ば逝c成型件表面質(zhì)量是一對矛盾。這一矛盾在目前快速成型系統(tǒng)普遍采用等層高分層處理方法的情況下，是難于得到解決的?！芭_階效應(yīng)”不僅影響到成型件的表面質(zhì)量，也可能影響到其強(qiáng)度。減小層高數(shù)值，雖然可以減小“臺階效應(yīng)”，但由于臺階效應(yīng)是疊層制造系統(tǒng)的原理誤差，是不可消除的，即使分層高度達(dá)到um級，臺階效應(yīng)仍然存在。臺階效應(yīng)對成型零件強(qiáng)度的影響Part4支撐的作用和添加支撐類型：基底支撐和對成型件懸空部位的結(jié)構(gòu)支撐。基底支撐結(jié)構(gòu)支撐Part4支撐的作用和添加基底支撐是加于工作臺之上的，形狀為包絡(luò)零件在水平面上投影的區(qū)域。它的作用為：1）便于打印件從打印平臺上取出；2）保證預(yù)成型的零件處于水平位置，消除打印平臺的平面度誤差所引起的打印件誤差；3）有利于減小或消除翹曲變形。

基底支撐的添加，需要考慮：1）成型平臺的水平平整度；2）成型時最初幾層與成型平臺的投影面積大小；Part4支撐的作用和添加結(jié)構(gòu)支撐的作用，在于輔助懸空部位的成型。在添加時需考慮：1）要有足夠的支撐強(qiáng)度和穩(wěn)定性；

2）支撐的加工時間，越短越好；

3）支撐的可去除性，要保證結(jié)合部位的粘結(jié)在保證足夠支撐強(qiáng)度的情況下，應(yīng)盡可能小。

結(jié)構(gòu)支撐主要添加在零件結(jié)構(gòu)的懸空部位或懸浮傾角較大的面，起到輔助成型的作用。是否添加支撐依據(jù)“支撐角”是否大于“臨界角”來決定。“支撐角”是指模型任何一面片三角形的法矢量與成型方向之間的夾角。當(dāng)某超過最小面積設(shè)定的區(qū)域上計算出的所有“支撐角”都大于“臨界角”時，該區(qū)域就需要添加支撐。一般“臨界角”設(shè)定在“45-60°”的范圍內(nèi)。Part4支撐的作用和添加添加支撐有兩種方法：

（1）在CAD系統(tǒng)中手工添加支撐；

（2）二是利用切片軟件自動生成支撐。

手動添加支撐要求用戶對成型工藝非常熟悉，否則添加支撐的質(zhì)量難以保證?，F(xiàn)在多采用自動生成支撐的方法，一般的快速成型系統(tǒng)軟件都具備生成自動支撐的功能。有時也采用“自動生成與手工添加”相結(jié)合的方式。添加支撐需考慮如下因素：(1)支撐的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。(2)支撐的加工時間。(3)支撐的可去除性。思考與練習(xí)1.什么是分層處理？2.分層處理需要考慮哪些重要因素？3.“臺階效應(yīng)”產(chǎn)生的原因是什么？是否可以消除？4.“結(jié)構(gòu)支撐”的作用是什