[发明专利]一种用于模型轻量化三维打印的打印路径的生成方法

说明书

本发明涉及一种用于模型轻量化三维打印的打印路径的生成方法，属于成型技术领域。该方法，执行如下步骤：1）根据模型的尺寸确定模型的最小包围盒；2）对包围盒切片，形成多个相同的切片层；3）在所述切片层的同平面上建立直角坐标系；4）以所述切片层在所述直角坐标系的极小值点为起点向所述直角坐标系中填充若干边长为l相互之间间距为d的蜂窝状路径单元，直至整个切片层被完全覆盖为止；5）根据各切片层的实际填充区域对切片层进行裁剪，得到该切片层的打印路径。该发明实现了轻量化三维打印的填充路径的生成，通过向切片层中填充完整的蜂窝状路径单元，避免重复走线带来的多端点堆积问题，不会有打印结构不平整的问题。

技术领域

本发明涉及一种打印路径的生成方法，属于成型技术领域。

背景技术

随着三维打印制造技术的不断发展，人们对节能、降耗、快速的制造要求越来越高，以减重、高性能为目标的轻量化结构受到人们越来越多的关注。目前基于三维打印技术的轻量化结构的生成方法主要有以下两类：第一类是模型在进行切片处理之前采用几何实体建模进行轻量化结构的设计，如在模型内部设计复杂的孔洞或桁架结构。第二类是模型在进行切片处理之后的扫描路径规划，通过在切层内部填充一些规整的网状路径(如蜂窝状扫描路径、菱形扫描路径、分形扫描路径)来实现轻量化结构的打印。

目前，国内外学者对第一类方法研究较多，如Cheah C.M等人发表于TheInternational Journal of Advanced Manufacturing Technology，2003,21(4)，第291页-第301页的《Development of a tissue engineering scaffold structure libraryfor rapid prototyping》建立基本特征模型库，通过参数化更改基本特征模型的结构参数、空间约束条件、逻辑组合关系来构造多孔结构。Wang等在ACM Transactions onGraphics(Proceedings of ACM SIGGRAPH Asia 2013,2013,32(6):1-177:10)所提到的《Cost-effective printing of 3D objects with skin-frame structures》是用蒙皮桁架结构代替内部材料的方法，将问题抽象为在物理和几何的条件约束下的桁架结构(数目)的优化问题。STAVA O.VANEK等在ACM Transactions on Graphics.2012,48:1-11.中提到的《Stress relief：improving structural strength of 3D printable objects》是一种迭代优化的方法，通过 在模型内部挖洞，对模型表面增厚和增加内部支撑结构的方式来增强物体的结构强度，虽然该方法可以节省内部材料的使用，但会改变物体的表面结构，对模型的外观产生一定影响。Lin Lv等在ACM Transactions on Graphics.2014,33(4).中提到的《Build-to-Last:Strength to Weight 3D Printed Objects》是一种基于Voronoi图和FEM(有限元分析)的内部结构优化方法，采用FEM计算模型在外力下的应力图，通过Voronoi图结合应力图计算并产生类蜂窝状的内部结构，但该方法实现复杂，且仅适用于部分三维打印工艺。

虽然通过前文所提到的在模型内部构建复杂的孔洞和桁架结构等方法是可以实现轻量化，但是诸如此类的方法算法复杂，需要大量的布尔运算，构建后模型的数据量急剧增加，增加切片处理时间。同时模型内部大量的孔洞和桁架将会导致同一切层出现大量切片内轮廓，，对后续的扫描路径规划带来很多问题，如打印过程中出现大量的空行程和跳刀。另外，为了保证模型内部的孔洞或桁架结构能被成功打印，则打印过程中还需对孔洞或桁架结构添加额外支撑，且该支撑无法去除。