[发明专利]基于分区的3D打印填充路径生成方法

说明书

技术领域

本发明涉及3D打印技术路径生成方法领域，尤其涉及基于分区的3D打印填充路径生成方法。

背景技术

3D打印作为快速成形技术的一种，以实体数字模型文件为基础，采用成型材料，通过逐层打印的方式来构造三维实体。由于3D打印技术无需机械加工和任何模具，可在一定程度上缩短产品的研发周期和降低生产成本，目前已在建筑、航空航天、机械、生物医学等领域得到较为广泛的应用。对于3D打印技术，为保证精度，分层厚度很小，分层的层片数量很大，而每个层片的填充都需要耗费一定的喷涂填充时间，所以在轮廓内部的填充路径生成是降低零件成型时间，提高生产效率的关键技术之一。所有的内部填充路径包含两个部分：打印路径与空走路径。其中打印路径是喷头填充成型材料的路径，而空走路径是连接各打印路径且需要关闭喷头的路径。空走路径不仅会增加填充时间，降低成型效率，还会导致喷头的频繁通断。因此生成的填充路径应尽量减少空走路径的数量和总长度。

目前常用的3D打印内部填充路径主要包括两种。一种是平行往复直线路径，这种路径是用具有一定间距的直线轨迹来填充零件截面的实体部分，然后提取这些直线与轮廓交点数据信息并生成相应的路径轨迹，因此这种路径的主体部分是等距平行的线段。这种路径生成方法由于对数据的处理简单可靠，生成路径速度快，而且路径由直线段组成，打印填充速度快。但是由于存在大量的连接拐角，填充精度较低；另外一种是轮廓平行路径，这种路径是利用零件截面的轮廓进行一定间距的偏置得到的路径轨迹，这种路径填充精度高，并且能够较好地避免成型过程中的成型材料应力集中的问题。但是其也存在以下问题：对于型腔较多的复杂零件，这种路径生成算法就要处理轮廓偏置后出现的自相交、互相交等问题，涉及多边形布尔运算问题，使算法相对复杂，路径生成速度较慢，并且生成的路径轨迹中存在大量的曲线，填充速度较低，影响填充速度。目前已有的路径生成方法基本是将以上两种路径相结合，对于截面轮廓边缘采用轮廓平行路径，以保证填充精度，而对于内部填充，采用平行往复直线路径，提高填充效率。

但是目前没有关于内部填充路径生成的具体算法，尤其是平行往复路径生成所涉及的分区、子路径连接等问题，这些都是在较为复杂的模型中常见的问题。这样会导致3D打印路径生成方法很难通用化，无法进一步加快3D打印技术的发展。

发明内容

本发明的目的在于提出一种基于分区的3D打印填充路径生成方法，在采用轮廓平行路径与平行往复路径相结合的基础上，对分区路径进行两次连接，旨在减少填充路径中空走路径的次数以及长度。本发明提供了一种适合于各种3D打印技术的通用内部填充路径生成方法，鲁棒性强，可以生成任何截面形状模型的填充路径，尤其是结构复杂、多型腔的模型也适用。

一种基于分区的3D打印填充路径生成方法，包括如下步骤：

步骤1：根据层高得到需加工实体的SLC文件；

步骤2：根据相应的3D打印设备以及打印材料确定填充路径间距；

步骤3：根据填充路径间距生成轮廓偏置路径并保存最内层轮廓的偏置路径，记作偏置多边形Ω；

步骤4：确定扫描线倾角；

步骤5：根据偏置多边形Ω的几何特征对SLC文件中每层的加工区域进行第一次分区；

步骤6：将第一次分区的结果根据交点数目进行第二次分区，得到若干子区域，对得到的子区域按照扫描方向进行排序，得到子区域集；

步骤7：根据扫描线与偏置多边形Ω的交点以及子区域之间关系生成子区域集对应的子区域路径集；

步骤8：对生成的子区域路径集中的每个子区域路径进行特征识别，确定可调整的子区域路径，并对存在可以连接的潜在起点的子区域路径的起点进行调整和连接，得到调整后的子区域路径集；

步骤9：采用贪心算法利用样条曲线对调整后的子区域路径集中的子区域路径进行衔接，获得最终的内部填充路径。

所述步骤1中需要得到SLC文件，SLC文件可以通过切片软件获得，如MagicRP等，其文件特点是用设定层厚进行均分分层得到的。

所述步骤2中每个3D打印设备的结构配置以及所用打印材料的成型参数等不同，其打印路径间距也不同，需要根据具体的设备配置与材料参数确定合适的路径间距。

所述步骤3中需根据设定的偏置圈数对实体切片文件中各层轮廓(包括外轮廓和内轮廓)进行偏置获得偏置路径，该填充路径具有填充精度高的特点，同时保存最内层偏置路径。根据对精度的要求不同，可对偏置圈数进行调整，作为优选，步骤3中，生成轮廓偏置路径时，偏置圈数为2-4圈.