本技术公开了一种6轴3D打印的逐层关节轨迹优化方法及设备,包括:获取逐层打印某物体时打印的总层数和每层的打印路径,打印路径包含多个路径点;将打印每层的每个路径点时6轴3D打印机的机械臂末端绕机械臂参考坐标系的Z轴旋转的角度作为待优化变量,确定待优化变量的表达式;确定打印机的机械臂逆运动学模型并求解该模型,得到6轴3D打印机的每个轴的旋转角度与待优化变量之间的关系;基于该关系和待优化变量的表达式确定优化目标函数,为优化目标函数设置机械臂轴极限约束条件和机械臂奇异点约束条件;基于优化目标函数、约束条件和角度关系,确定打印时6轴3D打印机的每个轴的优化后的旋转角度。本发明能提高打印质量和效率。
背景技术
自20世纪80年代诞生以来,增材制造(AM)或三维(3D)打印不断发展。增材制造是通过沿着由计算机辅助设计(CAD)模型生成的路径连续逐层沉积材料来制造的。多轴无支撑增材制造因具有实现任意复杂零件制造的特点,在航空航天、能源设备和汽车船舶等领域具有广阔的应用前景,传统的增材制造系统都是2.5或者3+2轴打印配置,这种配置通常需要支撑结构,产生阶梯效应,采用打印喷头固定,打印平台移动并使材料始终位于沉积点下方的方法,这种多轴打印方法可以减少支撑结构,降低阶梯效应,并且可以实现复杂零件制造。然而,在严格的工业生产环境中,AM仍有以下局限性:
第一,机械臂奇异点和关节极限:由打印轨迹通过逆运动学计算出来的机械臂轨迹可能存在奇异点和突破关节极限,这将导致机械臂运动过程速度不连续,影响打印质量和效率。
第二,机械臂关节位移大:打印轨迹通过逆运动学计算出来的机械臂轨迹的关节位移可能较大,传统的优化方法都是针对全局优化机械臂轨迹,而且更多的是针对传统打印方式,没有考虑轴冗余,导致了机械臂运动位移较大,影响打印质量和效率。
实现思路