碳纤维3D打印的全局连续费马螺旋路径规划算法

作者：蔚晟楠; 张帆^*; 谭跃刚; 赵圆圆; 涂一文

来源：机械设计与研究, 2023, 39(04): 166-172.

DOI：10.13952/j.cnki.jofmdr.2023.0153

• 碳纤维3D打印
• 熔融沉积
• 全局连续费马螺旋
• 路径优化
• 各向同性

连续碳纤维复合材料3D打印对于纤维分布的方向性和打印路径的连续性均提出了需求。对于各向同性的三维模型，传统路径规划采用层间变向扫描式或螺旋偏置路径规划算法，对于变向扫描路径规划算法是通过使用若干层单向纤维路径通过不同层扫描方向的改变来拟合整体纤维取向分布，其各层的实质依然是单向性的；螺旋偏置路径规划算法则难以针对不同子区域填充路径实现连续。针对这一问题，提出面向碳纤维3D打印的全局连续费马螺旋路径规划算法。基于偏置填充路径规划算法，保证层内纤维取向合理分布；通过偏置环数据预处理，保证路径规划点信息的正确性；通过偏置环关系的判断与旋入旋出点的计算构建全局连续性路径；通过规划文件的空间优化，减少打印路径点避免喷头的反复起停，生成用于连续碳纤维3D打印的Gcode文件。通过不同模型路径规划算法仿真对比和打印实验，验证了该算法的有效性。

• 单位
  机电工程学院; 武汉理工大学