CN105172152A - 基于轮廓注塑成型的3d成型方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于轮廓注塑成型的3D成型方法，该方法包括以下步骤，取得三维模型并切割；实体转化成壳体；分层切片；计算切片外部轮廓；3D打印外部轮廓结构；填充并固化；最终成型。本发明利用3D建模软件取得打印物的三维模型并转化得到其壳体切片，然后用3D打印出物体的壳体，在顶部或底部留下浇口，再从浇口往内部注入光固化液体材料、灌封胶、熔化液体、可熔融粉末材料之一种或多种进行填充，然后固化融合，以解决现有光固化技术存在的层间结合强度不高等问题。本方法的改进，不仅提高了层间结合强度，而且加快了注塑成型速度。

Description

基于轮廓注塑成型的3D成型方法

技术领域

本发明涉及3D加工技术领域，尤其涉及一种基于轮廓注塑成型的3D成型方法。

背景技术

3D打印技术是快速成型技术的一种，原理是将计算机设计出的三维模型分解成若干平面切片，然后将3D打印材料按切片图形逐层叠加，最终叠积成完整的物体。目前3D打印技术主要包括光固化成型、熔融挤出成型、选择性激光烧结等等。现有的多种3D打印各有特点，但普遍存在速度不快及熔融挤出成型技术还具有层间结合强度不高的缺点。

发明内容

针对上述技术中存在的不足之处，本发明提供一种层间结合强度高及注塑成型速度快的基于轮廓注塑成型的3D成型方法。

为实现上述目的，本发明提供一种基于轮廓注塑成型的3D成型方法，包括以下步骤：

步骤1，取得三维模型并切割：扫描待打印物体，得到物体的点云数据，采用逆向软件拟合曲面并导入到建模软件中得到物体的三维模型,并在三维模型顶部切出一小部分，得到主体结构与顶部结构两部分模型；

步骤2，实体转化成壳体：在三维模型中对主体结构进行抽壳，将在切口处形成的开口作为浇口，使主体转化为带有浇口的三维壳体模型；

步骤3，分层切片：在建模软件中对物体三维模型做有限元处理，把物体化为三角形网格并以stl格式保存模型数据；开发软件读取模型数据，以一定间隔d且垂直于坐标轴Z轴的n个平面，对三维模型进行切割，得到n个截面，保存截面数据；

步骤4，计算切片外部轮廓：分别对每个截面处与切割平面相交的三角形网格建立拓扑结构，计算出切割平面与三角形网格的交点即截面轮廓点数据，然后连接各数据点，行程切片的外部轮廓；

步骤5，3D打印主体结构外部轮廓：用3D打印制作出主体结构外部轮廓，得到带有浇口的主体壳体部分

步骤6，填充并固化：向主体壳体部分的浇口内注入光固化液体材料、灌封胶、熔化液体、可熔融粉末材料一种或多种填充材料，再进行光固化、加热熔固、胶合反应固化，得到无顶部的打印物实体；

步骤7，最终成型：最后用3D打印在开口处利用顶部结构的切片数据继续打印以最终成型，使得整个模型密封、完整。

其中，所述步骤1中主体结构的体积取决于顶部结构的复杂程度，顶部结构越简单则主体结构越大，这样在确保步骤6简单顺利进行的同时，还可以保证打印实体的精度和节省整体的打印时间。

其中，所述步骤2中主体结构三维模型的抽壳厚度由材料固化后的强度决定，强度越大，厚度越小；由于壳体成型后的横截面积大大缩小，这样缩短了打印时间，节省工时与能量。

其中，所述步骤3中切平面的间隔d和平面个数n由打印物体所要求的精度决定，d越小，n越大则物体的打印精度越高。

其中，所述步骤4中计算切片外部轮廓时应分两种情况，对于顶部结构只需简单计算其外部轮廓；对于主体壳体部分需要同时计算外部轮廓和内部轮廓，组成截面的环面轮廓结构。

本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明提供的基于轮廓注塑成型的3D成型方法，利用3D建模软件取得打印物的三维模型并转化得到其壳体切片，然后用3D打印出物体的壳体，在顶部或底部留下浇口，再从浇口往内部注入光固化液体材料、灌封胶、熔化液体、可熔融粉末材料之一种或多种进行填充，然后固化融合，以解决现有光固化技术存在的层间结合强度不高等问题。本方法的改进，不仅提高了层间结合强度，而且加快了注塑成型速度。

附图说明

图1为本发明的基于轮廓注塑成型的3D成型方法图。

具体实施方式

为了更清楚地表述本发明，下面结合附图对本发明作进一步地描述。

请参阅图1，本发明的基于轮廓注塑成型的3D成型方法的，包括以下步骤：

第一步，取得三维模型并切割：扫描待打印物体，得到物体的点云数据，采用逆向软件拟合曲面并导入到建模软件中得到物体的三维模型,并在三维模型顶部切出一小部分，得到主体结构与顶部结构两部分模型；该步骤中主体结构的体积取决于顶部结构的复杂程度，顶部结构越简单则主体结构越大，这样在确保第六步简单顺利进行的同时，还可以保证打印实体的精度和节省整体的打印时间。

第二步，实体转化成壳体：在三维模型中对主体结构进行抽壳，将在切口处形成的开口作为浇口，使主体转化为带有浇口的三维壳体模型；该步骤中主体结构三维模型的抽壳厚度由材料固化后的强度决定，强度越大，厚度越小；由于壳体成型后的横截面积大大缩小，这样缩短了打印时间，节省工时与能量。

第三步，分层切片：在建模软件中对物体三维模型做有限元处理，把物体化为三角形网格并以stl格式保存模型数据；开发软件读取模型数据，以一定间隔d且垂直于坐标轴Z轴的n个平面，对三维模型进行切割，得到n个截面，保存截面数据；该步骤中切平面的间隔d和平面个数n由打印物体所要求的精度决定，d越小，n越大则物体的打印精度越高。在该步骤中d的单位是微米，范围为1～300。n的值大约为模主体在Z轴方向的高度除以d。

第四步，计算切片外部轮廓：分别对每个截面处与切割平面相交的三角形网格建立拓扑结构，计算出切割平面与三角形网格的交点即截面轮廓点数据，然后连接各数据点，行程切片的外部轮廓；该步骤中计算切片外部轮廓时应分两种情况，对于顶部结构只需简单计算其外部轮廓；对于主体壳体部分需要同时计算外部轮廓和内部轮廓，组成截面的环面轮廓结构。

第五步，3D打印主体结构外部轮廓：用3D打印制作出主体结构外部轮廓，得到带有浇口的主体壳体部分。

第六步，填充并固化：向主体壳体部分的浇口内注入光固化液体材料、灌封胶、熔化液体、可熔融粉末材料一种或多种填充材料，再进行光固化、加热熔固、胶合反应固化，得到无顶部的打印物实体。

第七步，最终成型：最后用3D打印在开口处利用顶部结构的切片数据继续打印以最终成型，使得整个模型密封、完整。

相较于现有技术的情况，本发明提供的基于轮廓注塑成型的3D成型方法，利用3D建模软件取得打印物的三维模型并转化得到其壳体切片，然后用3D打印出物体的壳体，在顶部或底部留下浇口，再从浇口往内部注入光固化液体材料、灌封胶、熔化液体、可熔融粉末材料之一种或多种进行填充，然后固化融合，以解决现有光固化技术存在的层间结合强度不高等问题。本方法的改进，不仅提高了层间结合强度，而且加快了注塑成型速度。

以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种基于轮廓注塑成型的3D成型方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，取得三维模型并切割：扫描待打印物体，得到物体的点云数据，采用逆向软件拟合曲面并导入到建模软件中得到物体的三维模型,并在三维模型顶部切出一小部分，得到主体结构与顶部结构两部分模型；

步骤2，实体转化成壳体：在三维模型中对主体结构进行抽壳，将在切口处形成的开口作为浇口，使主体转化为带有浇口的三维壳体模型；

步骤3，分层切片：在建模软件中对物体三维模型做有限元处理，把物体化为三角形网格并以stl格式保存模型数据；开发软件读取模型数据，以一定间隔d且垂直于坐标轴Z轴的n个平面，对三维模型进行切割，得到n个截面，保存截面数据；

步骤4，计算切片外部轮廓：分别对每个截面处与切割平面相交的三角形网格建立拓扑结构，计算出切割平面与三角形网格的交点即截面轮廓点数据，然后连接各数据点，行程切片的外部轮廓；

步骤5，3D打印主体结构外部轮廓：用3D打印制作出主体结构外部轮廓，得到带有浇口的主体壳体部分

步骤6，填充并固化：向主体壳体部分的浇口内注入光固化液体材料、灌封胶、熔化液体、可熔融粉末材料一种或多种填充材料，再进行光固化、加热熔固、胶合反应固化，得到无顶部的打印物实体；

步骤7，最终成型：最后用3D打印在开口处利用顶部结构的切片数据继续打印以最终成型，使得整个模型密封、完整。

2.根据权利要求1所述的基于轮廓注塑成型的3D成型方法，其特征在于，所述步骤1中主体结构的体积取决于顶部结构的复杂程度，顶部结构越简单则主体结构越大，这样在确保步骤6简单顺利进行的同时，还可以保证打印实体的精度和节省整体的打印时间。

3.根据权利要求1所述的基于轮廓注塑成型的3D成型方法，其特征在于，所述步骤2中主体结构三维模型的抽壳厚度由材料固化后的强度决定，强度越大，厚度越小；由于壳体成型后的横截面积大大缩小，这样缩短了打印时间，节省工时与能量。

4.根据权利要求1所述的基于轮廓注塑成型的3D成型方法，其特征在于，所述步骤3中切平面的间隔d和平面个数n由打印物体所要求的精度决定，d越小，n越大则物体的打印精度越高。

5.根据权利要求1所述的基于轮廓注塑成型的3D成型方法，其特征在于，所述步骤4中计算切片外部轮廓时应分两种情况，对于顶部结构只需简单计算其外部轮廓；对于主体壳体部分需要同时计算外部轮廓和内部轮廓，组成截面的环面轮廓结构。