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专利号: 2022107487910
申请人: 南京师范大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-08-18
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种弯曲管状肠瘘补片五轴无支撑3D打印方法,其特征在于,包括以下步骤:第一步:根据肠瘘走向,在计算机辅助设计软件中设计弯曲管状肠瘘补片模型,并将所述弯曲管状肠瘘补片模型以STL文件格式存储;

第二步:读取弯曲管状肠瘘补片模型的STL格式文件,提取弯曲管状肠瘘补片模型的骨架点数据;

第三步:对提取到的骨架点数据进行密集插值,得到骨架点数据,根据骨架点数据,确定弯曲管状肠瘘补片模型的切平面方程;

第四步:通过第三步得到的切平面方程与第一步得到的弯曲管状肠瘘补片模型求交点,得到弯曲管状肠瘘补片模型每层的内、外轮廓环,并通过对轮廓环数据进行平移,得到弯曲管状肠瘘补片模型每层的增材轮廓环数据;

第五步:利用平移后每层轮廓环打印接收平面的法向量,计算五轴3D打印机的摇摆轴和平台旋转轴的旋转角度;

第六步:将所述第四步得到的所述弯曲管状肠瘘补片模型每层的增材轮廓环数据按照第五步得到的所述摇摆轴、平台旋转轴旋转的角度进行空间坐标变换,并生成G代码;

第七步:将G代码传入五轴3D打印机,实现弯曲管状肠瘘补片的无支撑打印;

所述第四步中,还包括计算增材轮廓环每个线段的挤出量的步骤,通过实时的控制每个线段的挤出量,实现对不等厚度的轮廓的打印;

所述计算增材轮廓环每个线段的挤出量的步骤具体是:通过将增材轮廓环的线段的端点向上一相邻切平面做垂线,形成梯形,根据该梯形的面积确定该线段的挤出量,实现对不等厚度的轮廓的打印,所述线段的挤出量具体通过下式获得:,

其中,K为线段挤出量的调节系数,S为梯形ABDC的面积,点A、B分别是点C、D到上一切平面上的垂足;

所述梯形ABDC的面积S通过下式获得:

其中,Ds为线段起点C到上一切平面的距离;De为线段起点D到上一切平面的距离;线段CD是第i层轮廓环上的某一条线段;H为梯形ABDC的高度;

所述梯形ABDC的高度H通过下式获得:

其中,L为线段CD的长度;Dh为线段CD的起点和终点到上一切平面之间的距离差;

所述第五步中,肠瘘补片在打印的时候,使用上一层打印好的增材轮廓环作为下一层增材轮廓环的打印材料接收平台,每层增材轮廓环的打印接收平面是上一层增材轮廓环的切片平面;

旋转五轴3D打印机的摇摆轴、平台旋转轴,使得当前层已打印完成的增材轮廓环处于水平位置,为作为下一层增材轮廓环的打印接收平台做准备;

五轴3D打印机的摇摆轴、平台旋转轴旋转角度的具体计算如下式:,

其中, 为每层增材轮廓环打印接收平面的法向量 在XOY面上的投影与X轴正向的夹角; 为每层增材轮廓环打印接收平面的法向量 与Z轴正向的夹角;每层增材轮廓环打印接收平面的法向量 ;

所述第六步中,将肠瘘补片的每层增材轮廓环数据按照五轴3D打印机的摇摆轴、平台旋转轴旋转的角度进行空间坐标变换,数据变换矩阵的计算如下:先让弯曲管状肠瘘补片每层增材轮廓环的三维坐标点数据乘以围绕Z轴旋转变换矩阵Rz,然后再让变换后的增材轮廓环数据坐标乘以围绕Y轴旋转变换矩阵Ry,其中Rz和Ry分别为:,

其中, 是围绕Z轴旋转的角度, 是围绕Z轴旋转的角度;

假设变换前的轮廓点坐标为 ,则变换后的坐标为 :。

2.根据权利要求1所述的弯曲管状肠瘘补片五轴无支撑3D打印方法,其特征在于,所述第三步中,相邻骨架点最大间距为0.5mm。

3.根据权利要求1所述的弯曲管状肠瘘补片五轴无支撑3D打印方法,其特征在于,所述第三步中,还包括对所述骨架点进行等间距均匀化处理步骤,得到相邻骨架点距离相等的骨架点数据,根据均匀化处理后的骨架点数据,确定模型的切平面方程。

4.根据权利要求1所述的一种弯曲管状肠瘘补片五轴无支撑3D打印方法,其特征在于,所述第三步中,切平面方程空间参考点为以层厚为参考得到的均匀化骨架点,切片平面方程的法向量为当前骨架点与前一个骨架点之间的矢量。