3D打印义齿技术中分层方向与刀具路径优化的研究

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1、分类号：TP29单位代码：10183研究生学号：2015524064密级：公开吉林大学硕士学位论文（专业学位）3D打印义齿技术中分层方向与刀具路径优化的研究Studyonthelayerdirectionandtoolpathoptimizationin3Dprintingdenturetechnology作者姓名：张赢类别：工程硕士领域（方向）：控制工程指导教师：刘振泽副教授培养单位：通信工程学院2018年6月3D打印义齿技术中分层方向与刀具路径优化的研究Studyonthelayerdirectionandtoolpathoptimizationin3Dprinti

2、ngdenturetechnology作者姓名：张赢专业名称：控制工程指导教师：刘振泽副教授学位类别：工程硕士答辩日期：2018年6月4日未经本论文作者的书面授权，依法收存和保管本论文书面版本、电子版本的任何单位和个人，均不得对本论文的全部或部分内容进行任何形式的复制、修改、发行、出租、改编等有碍作者著作权的商业性使用（但纯学术性使用不在此限）。否则，应承担侵权的法律责任。吉林大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交学位论文，是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果

3、。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》投稿声明研究生院：本人同意《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》出版章程的内容，愿意将本人的学位论文委托研究生院向中国学术期刊（光盘版）电子杂志社的《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》投稿，希望《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》给予出版，并同意在《中国博硕士学位论文评价数据库》和CNKI系列数据库中使用，同意按章程规定享受相关权益。论文级别：硕士□博士学科专业：控制工程论文题目：3D打印义齿技术中

4、分层方向与刀具路径优化的研究作者签名：指导教师签名：年月日作者联系地址（邮编）：吉林大学南岭校区通信工程学院控制理论与智能系统实验室（130025）作者联系电话：15843124647摘要3D打印义齿技术中分层方向和刀具路径优化的研究随着科技的进步，3D打印技术发展迅速并在各个领域有所应用。在口腔医学方面，3D打印义齿技术与传统的制造技术相比，很大程度上提高了打印效率和打印精度,所得结果更加完善，能够制作与牙齿结构相似的植入物，即非实体的。3D打印的义齿具有层次结构，个性化，容易与人体组织交融，缩短康复周期，减少患者的疼痛且兼顾美观特点。3D打印技术使未来口腔修复数字化

5、的诊疗模式成为可能。本课题的主要研究内容：首先选取最优的分层方向，通过读取义齿STL模型并对其分析，基于线性回归原理，在不同的分层厚度时计算体积误差，使体积误差最小的方向即为最优的分层方向；然后对路径优化进行设计，利用非有理B样条曲线（NURBS）拟合提取的义齿轮廓，在这里外轮廓采用等距偏置算法填充，内轮廓采用Z型扫描填充，并对填充路径进行优化；最后，利用基于传统PID算法和模糊控制算法改进的积分分离模糊PID控制方法对喷头温度进行控制。本文中第一步是对义齿的STL文件进行读取，对STL文件存在的缺陷进行处理，并分析在分层时产生的阶梯效应，对其产生的体积误差建立模型，根

6、据线性回归原理计算最小的体积误差，即三角面片的法向量在分层方向上投影和最小，利用C语言编写程序计算出最小的体积误差，进而选出最优的分层方向，使打印义齿模型精度更高。第二步是对每层轮廓进行提取，并通过非有理B样条曲线进行拟合，然后优化刀具路径。采用复合的填充方式对义齿模型填充：外轮廓采用等距偏置方式和内部采用Z型填充方式相结合，外轮廓向内偏置填充，内轮廓向外偏置填充，内部填充采用Z型填充，横向扫描与纵向扫描交替填充，并在拐角处采用三次均匀B样条有理曲线进行光滑过渡，使打印义齿模型更加坚固且表面光滑精度最高。第三步在3D打印堆积过程中，对喷头温度进行控制，采用合理的策略，保

7、证了喷头吐丝的连续性、粘接性，在这里采用基于积分分离模糊PID控制方I式，保证了喷头温度的稳态性能和较强的鲁棒性，进而保障了打印过程的持续性和义齿模型的精确性。综上所述，在本文中针对3D打印义齿高精度的要求，从离散过程到堆积过程分别进行研究。通过实验仿真可知，体积误差不可避免，但是可以通过选取最优的分层方向尽量减小体积误差，进而提高了打印义齿模型的精确性；喷头根据优化的刀具路径进行填充及控制喷头温度系统，使打印过程更加稳定，改善了打印模型的质量。关键词：3D打印，义齿模型，分层方向，刀具路径，喷头温度控制IIABSTRACTStudyon