阅读说明：本技术 Fdm打印产品支撑结构及打印方法 (FDM printing product supporting structure and printing method ) 是由 王峰 赵阳 任铁峰 孙占伟 于 2019-10-31 设计创作，主要内容包括：本发明涉及增材制造技术领域,尤其涉及一种FDM打印产品支撑结构及打印方法。一种FDM打印产品支撑结构,包括打印产品悬空部位下方的支撑结构,其特征在于,所述支撑结构包括至少一层支撑区域,每层所述支撑区域具有网格结构,且下层所述支撑区域网格间距大于上层所述支撑区域网格间距。根据支撑结构的尺寸参数确定FDM设备的打印参数,使用逐层渐变式网格支撑结构,有效节省支撑结构的材料、减少打印支撑结构消耗的时间,同时,能够对打印产品起到支撑作用并保证打印产品不塌陷。(The invention relates to the technical field of additive manufacturing, in particular to an FDM printed product supporting structure and a printing method. The utility model provides a FDM prints product bearing structure, is including the bearing structure of the unsettled position below of printing product, its characterized in that, bearing structure includes that at least one deck supports the region, every layer it has the grid structure to support the region, and the lower floor support regional grid interval and be greater than the upper strata support regional grid interval. According to the size parameter of the supporting structure, the printing parameters of the FDM equipment are determined, the layer-by-layer gradual-change type grid supporting structure is used, the material of the supporting structure is effectively saved, the time consumed by the printing supporting structure is reduced, and meanwhile, the supporting effect on a printed product can be achieved and the printed product is guaranteed not to collapse.)

FDM打印产品支撑结构及打印方法

技术领域

本发明涉及增材制造技术领域，尤其涉及一种FDM打印产品支撑结构及打印方法。

背景技术

FDM是“Fused Deposition Modeling”的简写，即熔融沉积成型，属于3D打印成型工艺的一种，其原理如下：加热喷头在计算机的控制下，根据产品零件的截面轮廓信息，作X-Y平面运动，热塑性线材或颗粒材料由推进装置推至加热装置，并在加热装置中加热和熔化成半液态，然后被挤压出来，有选择性的涂覆在工作台上，快速冷却后形成一层层薄片轮廓。一层截面成型完成后工作台下降一定高度，再进行下一层的熔覆，好像一层层“画出”截面轮廓，如此循环，最终形成三维模具零件。

由于FDM成型工艺是逐层堆积成型，在打印一些具有型腔的产品或部分结构悬空的产品时，往往需要支撑结构来辅助打印。常见的支撑结构有线条状、正方形网格状、菱形网格状、蜂窝状等多种类型，其网格大小可通过软件参数来设置。假设支撑结构的总高为H，常规的支撑结构，在H高度区域内的支撑横截面为同样大小的网格，当网格较小时，打印支撑结构消耗较多的打印材料和时间，当网格较大时无法满足产品的支撑导致打印中的产品塌陷。

发明内容

本发明的目的就是克服现有技术缺陷，提供一种FDM打印产品支撑结构及打印方法，通过使用逐层渐变式网格支撑结构，有效节省支撑结构的材料、减少打印支撑结构消耗的时间，同时，能够对打印产品起到支撑作用并保证打印产品不塌陷。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种FDM打印产品支撑结构，包括打印产品悬空部位下方的支撑结构，所述支撑结构包括至少一层支撑区域，每层所述支撑区域具有网格结构，且下层所述支撑区域网格间距大于上层所述支撑区域网格间距。

进一步地，每相邻的两层所述支撑区域，下层所述支撑区域网格间距是上层所述支撑区域网格间距的2倍。

进一步地，每相邻的两层所述支撑区域，上层所述支撑区域网格结构每间隔一条网格线，就会与下层所述支撑区域网格结构的网格线重叠。

进一步地，所述支撑结构具有多层支撑区域时，除底层所述支撑区域，其余所述支撑区域的打印层厚为6层。

一种打印方法，应用上述FDM打印产品支撑结构，包括如下打印步骤：

第一步，根据所述支撑结构底面最大间距尺寸L和打印线宽b确定底层所述支撑区域的网格间距a₁，底层所述支撑区域的网格间距a₁小于等于所述支撑结构底面最大间距尺寸L，打印线宽b大于打印层厚δ；

第二步，根据底层所述支撑区域的网格间距a₁、所述支撑结构的总高度H和打印层厚δ确定所述支撑区域的层数N及每层所述支撑区域的打印高度h，从而得到所述支撑结构的打印参数；

第三步，软件开发：将所述支撑结构的打印参数写成程序并导入切片软件；

第四步，生成程序：将打印产品导入切片软件，设置每层所述支撑区域参数；

第五步，打印产品：将生成的程序导入FDM打印机开始打印产品。

进一步地，当所述支撑结构底面最大间距尺寸L满足：0＜L＜40b时，则底层所述支撑区域的网格间距a₁满足：0＜a₁＜10b；

当所述支撑结构底面最大间距尺寸L满足：40b≤L＜160b时，则底层所述支撑区域的网格间距a₁满足：10b≤a₁＜20b；

当所述支撑结构底面最大间距尺寸L满足：L≥160b时，则底层所述支撑区域的网格间距a₁满足：20b≤a₁≤30b。

进一步地，当底层所述支撑区域的网格间距a₁满足：0＜a₁＜10b，所述支撑结构的总高度H满足：H＞6δ时，则所述支撑区域的层数N＝2，上层所述支撑区域的打印高度h₂＝6δ，底层所述支撑区域的打印高度h₁＝H-h₂；

当底层所述支撑区域的网格间距a₁满足：10b≤a₁＜20b，所述支撑结构的总高度H满足：6δ＜H≤12δ时,则所述支撑区域的层数N＝2，上层所述支撑区域的打印高度h₂＝6δ，底层所述支撑区域的打印高度h₁＝H-h₂；所述支撑结构的总高度H满足：H＞12δ时，则所述支撑区域的层数N＝3，上方两层每一层所述支撑区域的打印高度h＝6δ，底层所述支撑区域的打印高度h₁＝H-2h；

当底层所述支撑区域的网格间距a₁满足：20b≤a₁≤30b时，则所述支撑区域的层数N＝[6Hδ+1]；当所述支撑结构的总高度H满足：H＞6δ时，则上方N-1层每一层所述支撑区域的打印高度h＝6δ，底层所述支撑区域的打印高度h₁＝H-(N-1)h。

进一步地，当所述支撑结构的总高度H满足：H₂＜6δ时，则所述支撑区域的层数N＝1，底层所述支撑区域的打印高度为H。

一种FDM打印产品支撑结构及打印方法，本发明通过使用逐层渐变式网格支撑结构替代常规的恒定不变网格支撑结构，有效节省支撑结构的材料、减少打印支撑结构消耗的时间；同时逐层渐变式网格支撑结构解决了FDM成型领域支撑结构共性问题，能够有效支撑打印产品并保证打印产品不塌陷。

附图说明

图1是本发明一实施例支撑结构示意图；

图2是本发明一实施例第一层支撑结构截面图；

图3是本发明一实施例第二层支撑结构截面图；

图4是本发明一实施例第三层支撑结构截面图。

其中，1-产品；2-悬空部位；3-支撑结构。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语应做广义理解，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解术语在本发明中的具体含义。

请参阅图1，在使用FDM成型工艺打印产品1时，其空腔部位或悬空部位2需要借助支撑结构3才能完成产品1的打印。

请再参阅图2至图3，一种FDM打印产品支撑结构，包括打印产品1悬空部位2下方的支撑结构3，支撑结构3包括至少一层支撑区域，每层支撑区域至少具有一个打印层后，且每层支撑区域具有网格结构，且下层支撑区域网格间距大于上层支撑区域网格间距，如此可起到节约支撑结构3材料的作用。图1中，支撑结构3包括三个支撑区域，从下而上，每个支撑区域的打印高度分别是h₁、h₂和h₃。

在本发明的一个实施例中，每相邻的两层支撑区域，下层支撑区域网格间距是上层支撑区域网格间距的2倍。

每相邻的两层支撑区域，上层支撑区域网格结构每间隔一条网格线，就会与下层支撑区域网格结构的网格线重叠。即以图2和图3为例，当打印第二层的支撑区域时，FDM打印机的挤出头会继续在第一层支撑区域的网格线上继续打印的，第二层支撑区域中的网格结构每间隔一条打印线条，就会与第一层支撑区域网格的打印线条重叠，其余打印线条则悬空，第二层支撑区域就会对第一层支撑区域起到支撑作用。支撑结构3具有多层支撑区域时，为了进一步节约,材料，除底层支撑区域，其余支撑区域的打印层厚为6层。

一种FDM打印产品支撑结构的打印方法，使用上述FDM打印产品的支撑结构3。规定支撑结构3底面最大间距尺寸为L，支撑结构3的总高度为H，每层支撑区域的高度为h，则第一层到第N层支撑区域的高度分别为h₁、h₂、h₃……h_N；每层支撑区域的网格间距为a，则第一层到第N层支撑区域的网格间距分别为a₁、a₂、a₃……a_N；打印线宽为b，打印层厚为δ。其关系满足：a₁＝2a₂，a₂＝2a₃……a_N-1＝2a_N，保证上一层支撑区域的网格线每间隔一条就会落在下一层支撑区域的网格线上。从下而上，每层网格支撑区域的网格大小逐渐减小，下层使用大网格，有效节省支撑结构3的材料、减少打印支撑结构3消耗的时间，上层使用小网格对打印产品1起到支撑作用，防止打印产品塌陷。底层支撑区域即第一层支撑区域的网格间距a₁小于等于支撑结构底面最大间距尺寸L，且打印线宽b大于打印层厚δ。

一种打印方法，应用上述FDM打印产品支撑结构，包括如下打印步骤：

第一步，根据支撑结构3底面最大间距尺寸L和打印线宽b确定底层支撑区域的网格间距a₁；

第二步，根据底层支撑区域的网格间距a₁、支撑结构3的总高度H和打印层厚δ确定支撑区域的层数N及每层支撑区域的打印高度h，从而得到支撑结构3的打印参数；

第三步，软件开发：将支撑结构3的打印参数写成程序并导入切片软件；

第四步，生成程序：将打印产品导入切片软件，设置每层支撑区域参数；

第五步，打印产品：将生成的程序导入FDM打印机开始打印产品。

根据支撑结构3底面最大间距尺寸L和打印线宽b确定底层支撑区域的网格间距a₁，分为以下三种情况：

当支撑结构3底面最大间距尺寸L满足：0＜L＜40b时，则底层支撑区域的网格间距a₁满足：0＜a₁＜10b；

当支撑结构3底面最大间距尺寸L满足：40b≤L＜160b时，则底层支撑区域的网格间距a₁满足：10b≤a₁＜20b；

当支撑结构3底面最大间距尺寸L满足：L≥160b时，则底层支撑区域的网格间距a₁满足：20b≤a₁≤30b。

根据底层支撑区域的网格间距a₁、支撑结构的总高度H和打印层厚δ确定支撑区域的层数N及每层支撑区域的打印高度h，分为以下三种情况：

当底层支撑区域的网格间距a₁满足：0＜a₁＜10b，支撑结构3的总高度H满足：H＞6δ时，则支撑区域的层数N＝2，上层支撑区域的打印高度h₂＝6δ，底层支撑区域的打印高度h₁＝H-h₂；

当底层支撑区域的网格间距a₁满足：10b≤a₁＜20b，支撑结构3的总高度H满足：6δ＜H≤12δ时,则支撑区域的层数N＝2，上层支撑区域的打印高度h₂＝6δ，底层支撑区域的打印高度h₁＝H-h₂；支撑结构3的总高度H满足：H＞12δ时，则支撑区域的层数N＝3，上方两层每一层支撑区域的打印高度h＝6δ，底层支撑区域的打印高度h₁＝H-2h；

当底层支撑区域的网格间距a₁满足：20b≤a₁≤30b时，则支撑区域的层数

当支撑结构3的总高度H满足：H＞6δ时，则上方N-1层每一层支撑区域的打印高度h＝6δ，底层支撑区域的打印高度h₁＝H-(N-1)h。

需要说明的是，当支撑结构3的总高度H满足：H₂＜6δ时，则支撑区域的层数N＝1，底层支撑区域的打印高度为H。每相邻的两层支撑区域，下层支撑区域网格间距是上层支撑区域网格间距的2倍。函数函数y＝[x]称为取整函数，也称高斯函数；其中不超过实数x的最大整数称为x的整数部分。即

表示每隔6个打印层厚的高度，划分一层支撑区域。

请再结合图1至图4，在本发明的一个具体实施例中，假设支撑结构3的总高度H＝100mm，支撑结构3底面最大间距尺寸L＝300mm，打印层厚δ＝2mm，打印线宽b＝5mm。由于支撑结构3底面最大间距尺寸L∈[40b,160b)，即L∈[300mm,800mm)，则第一层支撑区域的网格间距a₁∈[10b,20b)，即a₁∈[50mm,100mm)。

现取第一层支撑区域的网格间距a₁＝80mm，支撑结构3的总高度H＞12δ，即H＞24mm，第三层和第二层支撑区域的打印高度h₃＝h₂＝6δ＝12mm，第一层支撑区域的打印高度h₁＝H-h₃-h₂＝76mm。三层支撑区域的网格间距满足a₁＝2a₂，a₂＝2a_3，第二层支撑区域的网格间距为40mm，第三层支撑区域的网格间距为20mm。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。