3D打印成型方向和层厚对成型精度的影响研究
                                                       莫泉湖，张学刚
                                        （攀枝花学院机械工程学院，四川 攀枝花〓617000)
  
    为了提高3D打印产品表面的精度，减少产品成型时间，可以通过合理选择成型方向和分层方法来实现。以半球模型为例，首先采用等层厚分层法和变层厚分层法对该模型进行分层，并建立了该模型在不同成型方向上的成型误差模型，然后分别分析等层厚分层和变层厚分层对不同方向模型精度的影响。研究结果表明：在选择成型方向时，尽量使模型的高度最小；尽量选择变层厚分层算法对模型进行分层处理。

 
    3D打印技术在近几年的发展非常迅速，随之而来的问题也变得越来越多，尤其是采用该技术生产的零件表面精度不够高。曲翘、层厚、成型方向、温度、材料等多种因素都会影响产品表面精度。
    目前，研究最广泛的就是层厚和成型方向对成型表面的影响。层厚是指每一层的成型厚度，现在的3D打印技术普遍采用等层厚打印，即整个模型的所有层厚均相等；还有一种分层方法就是变层厚成型，这种成型方法就是根据模型表面的复杂程度、表面与成型方向的角度自动调整分层厚度。其中，变层厚成型所得产品相对于等层厚成型表面精度更高，但是对成型设备要求和生产成本也更〖HJ*5/9〗高。3D打印一般都是从下而上堆叠成型，同样的模型在不同的成型方向上所得的成型精度有较大的区别。在目前的成型技术工程应用中，一般都是凭经验布置成型方向，也有部分学者对成型方向和成型精度的优化做了大量的研究。
SIKDER S等基于NURBS曲线提出了一种模型的变层厚分层算法，该算法能够有效减小模型表面成型误差。余世浩等研究了成型方向、层厚与成型精度之间的关系，并建立以成型精度为目标函数的优化模型，对成型方向和层厚进行优化。刘厚才等采用多目标优化遗传算法NSGA-Ⅱ对模型的成型方向进行了优化，优化后的成型精度有显著提高。PHATAK A M等开发了成型方向优化系统，该系统主要对模型的成型时间进行优化，没有对模型表面成型精度进行优化处理。上述研究都是针对模型的层厚和成型方向进行了深入研究，能够达到提高产品精度或缩短成型时间的目的，但是并没有具体研究层厚和成型方向对表面精度的影响。
    本文在上述研究的基础上，专门针对旋转体的成型方向和层厚对表面精度的影响进行了研究。由于旋转体的旋转轴线周围任何位置的轮廓线均相同，所以在研究的过程中以旋转体的轮廓线为研究对象，这样便将三维模型简化为平面模型，然后对平面模型进行误差分析。

1〓成型方向的布置及分层处理
     本文以直径为40mm的半球体作为研究对象(如图1所示)，首先取出半球模型的封闭轮廓曲线，然后对平面封闭曲线进行不同的方向布置，并逐一进行分层处理。模型的分层是3D打印技术中的首要环节，电脑对模型分层处理之后，再将分层信息传递给打印机完成打印任务。


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基金项目：国家级大学生创新训练项目（201511360012）
作者简介：莫泉湖（1994—），男，重庆人，攀枝花学院本科生，主要研究方向为机械设计制造、机械电气控制技术。


（文章来源《机械设计与制造工程》杂志如需详细资料请联系江苏机械门户网客服QQ:2980918915,电话025-83726289）

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