漢堡大學(xué)開(kāi)發(fā)FDM 3D打印表面光滑處理技術(shù)
時(shí)間：2019-08-26 11:37 來(lái)源：中國(guó)3D打印網(wǎng) 作者：中國(guó)3D打印網(wǎng) 閱讀：次
中國(guó)3D打印網(wǎng)8月26日訊，德國(guó)漢堡大學(xué)的研究人員提出了一種切割3D打印物體的新方法，以創(chuàng)造更平滑的結(jié)果。通過(guò)3D打印可接近水平，這種切片方法消除了FDM 3D打印時(shí)表面典型的凹凸不平效應(yīng)。除了美學(xué)上的好處之外，這種方式3D打印的物體已經(jīng)證明比傳統(tǒng)的同類產(chǎn)品更強(qiáng)大。該團(tuán)隊(duì)還使該方法成為開(kāi)源，允許其他FDM用戶應(yīng)用該技術(shù)。
FDM 3D打印表面凹凸不平的問(wèn)題
由于離散化的層結(jié)構(gòu)，3D打印對(duì)象通常具有來(lái)自原始模型的近似誤差，如階梯式步進(jìn)。這些偽影尤其發(fā)生在具有水平斜率的表面上。對(duì)于任何逐層3D打印過(guò)程，物體的表面質(zhì)量可能會(huì)受到這種現(xiàn)象的影響。通過(guò)減小層厚度可以降低階梯踩踏偽影的強(qiáng)度。這可以在所有層上均勻地完成，也可以在必要的層上自適應(yīng)地完成。由于FDM打印機(jī)具有相對(duì)較厚的層，因此該修復(fù)不能完全消除階梯踏步。另外，需要手動(dòng)后處理來(lái)平滑層。常用技術(shù)涉及化學(xué)品或CNC銑削。例如，Zortrax的Apoller Smart Vapor Smoothing（SVS）設(shè)備使用丙酮和MEK溶劑來(lái)后處理FDM模型。
結(jié)合彎曲的非平面層可以擺脫對(duì)象表面的階梯踏步。不是將物體表面擴(kuò)散到不同的層上而是產(chǎn)生階梯效應(yīng)，非平面層跟隨表面。因此，非平面和平面層的組合為FDM對(duì)象產(chǎn)生更平滑的表面。
一種用于非平面3D打印的新型切片算法
研究人員的目標(biāo)是開(kāi)發(fā)一種在任何物體的平面層頂部3D打印非平面圖層的方法。在沒(méi)有對(duì)3D打印機(jī)進(jìn)行進(jìn)一步修改的情況下，該團(tuán)隊(duì)通過(guò)修改開(kāi)源切片軟件Slic3r實(shí)現(xiàn)了其目標(biāo)。添加將非平面表面打印到開(kāi)源切片機(jī)的功能增加了可用性并提供了通用方法。盡管Slic3r可用于所有常見(jiàn)的三軸3D打印機(jī)，但研究中的算法特別針對(duì)Ultimaker 2開(kāi)發(fā)。使用新的切片算法，可以自動(dòng)檢測(cè)應(yīng)使用非平面打印的區(qū)域。該算法還會(huì)在打印時(shí)檢查可能的碰撞。防止碰撞確保打印非平面層時(shí)打印頭不會(huì)撞到先前打印的結(jié)構(gòu)中。
非平面表面下方的區(qū)域印有規(guī)則的平面結(jié)構(gòu)。刀具路徑首先生成為2D刀具路徑，然后沿原始曲面網(wǎng)格向下投影。這形成了一個(gè)非平面3D工具路徑，可以在Slic3r中顯示。使用Slic3r確保路徑看起來(lái)像預(yù)期的那樣，通過(guò)向上移動(dòng)平面層以形成新的非平面層來(lái)執(zhí)行3D打印。
半徑為220毫米的球體頂部50×50毫米面積，用于測(cè)試印有（a）平面層和（b）非平面層的階梯式步進(jìn)。圖片來(lái)自漢堡大學(xué)。
FDM 3D打印表面凹凸不平的問(wèn)題
由于離散化的層結(jié)構(gòu)，3D打印對(duì)象通常具有來(lái)自原始模型的近似誤差，如階梯式步進(jìn)。這些偽影尤其發(fā)生在具有水平斜率的表面上。對(duì)于任何逐層3D打印過(guò)程，物體的表面質(zhì)量可能會(huì)受到這種現(xiàn)象的影響。通過(guò)減小層厚度可以降低階梯踩踏偽影的強(qiáng)度。這可以在所有層上均勻地完成，也可以在必要的層上自適應(yīng)地完成。由于FDM打印機(jī)具有相對(duì)較厚的層，因此該修復(fù)不能完全消除階梯踏步。另外，需要手動(dòng)后處理來(lái)平滑層。常用技術(shù)涉及化學(xué)品或CNC銑削。例如，Zortrax的Apoller Smart Vapor Smoothing（SVS）設(shè)備使用丙酮和MEK溶劑來(lái)后處理FDM模型。
結(jié)合彎曲的非平面層可以擺脫對(duì)象表面的階梯踏步。不是將物體表面擴(kuò)散到不同的層上而是產(chǎn)生階梯效應(yīng)，非平面層跟隨表面。因此，非平面和平面層的組合為FDM對(duì)象產(chǎn)生更平滑的表面。
一種用于非平面3D打印的新型切片算法
研究人員的目標(biāo)是開(kāi)發(fā)一種在任何物體的平面層頂部3D打印非平面圖層的方法。在沒(méi)有對(duì)3D打印機(jī)進(jìn)行進(jìn)一步修改的情況下，該團(tuán)隊(duì)通過(guò)修改開(kāi)源切片軟件Slic3r實(shí)現(xiàn)了其目標(biāo)。添加將非平面表面打印到開(kāi)源切片機(jī)的功能增加了可用性并提供了通用方法。盡管Slic3r可用于所有常見(jiàn)的三軸3D打印機(jī)，但研究中的算法特別針對(duì)Ultimaker 2開(kāi)發(fā)。使用新的切片算法，可以自動(dòng)檢測(cè)應(yīng)使用非平面打印的區(qū)域。該算法還會(huì)在打印時(shí)檢查可能的碰撞。防止碰撞確保打印非平面層時(shí)打印頭不會(huì)撞到先前打印的結(jié)構(gòu)中。
非平面表面下方的區(qū)域印有規(guī)則的平面結(jié)構(gòu)。刀具路徑首先生成為2D刀具路徑，然后沿原始曲面網(wǎng)格向下投影。這形成了一個(gè)非平面3D工具路徑，可以在Slic3r中顯示。使用Slic3r確保路徑看起來(lái)像預(yù)期的那樣，通過(guò)向上移動(dòng)平面層以形成新的非平面層來(lái)執(zhí)行3D打印。
半徑為220毫米的球體頂部50×50毫米面積，用于測(cè)試印有（a）平面層和（b）非平面層的階梯式步進(jìn)。圖片來(lái)自漢堡大學(xué)。
具有非平面層的物體的表面質(zhì)量明顯優(yōu)于僅具有平面層的物體。此外，具有非平面層的對(duì)象的打印時(shí)間與具有平面層的對(duì)象的打印時(shí)間相當(dāng)。“用于平滑表面生成的非平面層的3D打印”是漢堡大學(xué)訪問(wèn)科學(xué)家Daniel Ahlers的碩士論文。 Ahler在這項(xiàng)工作中的實(shí)現(xiàn)是開(kāi)源的，可以在GitHub上找到。
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