[发明专利]一种基于关联树的3D打印填充路径生成方法

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1.一种基于关联树的3D打印填充路径生成方法，包括如下步骤：

步骤1：根据成形方位与层厚分布得到待成形实体零件的切片文件，每个层片具有外轮廓和至少一个内轮廓；

步骤2：设定路径间距，将外轮廓朝内迭代偏置，内轮廓朝外迭代偏置，直到偏置多边形的数目为0为止，获取偏置多边形集合C；

步骤3：根据包含与被包含的父子关系对偏置多边形进行分组，得到偏置多边形集合，在一个偏置多边形集合中的偏置多边形之间具有父子关系，每个偏置多边形集合对应一个子区域；

步骤4：由子区域之间的毗邻关系构造关系树，关系树中父节点与子节点之间具有毗邻关系，同一层节点之间相互独立；

步骤:5：分别在各个子区域内部生成各自的闭合填充路径；

步骤6：根据关系树将具有父子关系的子区域的闭合填充路径进行连接，生成当前拓扑连通区域内部的闭合填充路径；

当层片具 有多个外轮廓而具有多个独立的拓扑连通区域的情况时，增加步骤7：利用空走路径依次连 接各连通区域的闭合填充路径获得当前层片的加工路径，自下而上依次连接各层片的加工 路径输出最终的实体3D打印路径；

步骤3中， 对轮廓偏置多边形进行分组包括以下步骤：

步骤3-1：将偏置多边形集合C中的各个偏置多边形根据出现的次序进行分级编号，由内轮廓或外轮廓偏置n次获得的偏置多边形的级别编号为n；如由内轮廓或外轮廓偏置一次得到的偏置多边形的级别编号为1，偏置两次得到的偏置多边形的畸变编号为2，偏置三次得到的偏置多边形级别编号为3，以此类推；

当同一级别中的偏置多边形数量大于1时，则增加子编号i，第n级偏置获得的第i个偏置多边形表示为n-i；

步骤3-2：找到偏置多边形集合C中最小的级别编号作为当前级别编号，若级别编号最小的偏置多边形有多个，则任选一个作为子区域组合zi的第一个元素，选中 的偏置多边形作为当前多边形；

步骤3-3：将当前级别编号赋值给变量l.min，同时将变量l.last赋值为l.min，并将当前选择的偏置多边形从集合C中删除,形成新的当前偏置多边形集合C；

步骤3-4：遍历当前偏置多边形集合C中级别编号为l.last+1的所有轮廓，判断是否存在包含或被包含于当前多边形的偏置多边形C(l.last+1)-j，j表示第j个第l.last+1级别的偏 置多边形；如果判断结果为是，进入步骤3-5；如果判断结果为否，则将子区域组合zi加入子 区域集合Z中，并跳至步骤3-6；

步骤3-5：将偏置多边形C(l.last+1)-j作为zi的最后一个元素添加至子区域组合zi，将 C(l.last+1)-j从偏置多边形集合C中删除后获得新的当前偏置多边形集合C，将l.last赋值为 l.last+1，判断l.last是否是最大的级别编码，若否则将轮廓Cl.last-j作为当前多边形，返回步 骤3-4；若是则进入步骤3-6；

步骤3-6：判断当前偏置多边形集合C是否为空，若否，则将子区域组合zi加入子区域集合Z，进入步骤3-2，若是，则将所有子区域组合形成子区域集合Z并输出；

步骤4中 构建关系树的方法包括：

步骤4-1：从子区域集合Z中任选一个含有级别编号为1的偏置多边形的子区域组合zi作 为关系树的根节点，将根节点作为待链接节点t，并将该子区域组合zi从子区域集合Z中删 除，获得当前子区域集合；

步骤4-2：判断当前子区域集合是否为空，如果判断结果为是，则结束步骤3-4，输出建立的关系树；如果判断结果为否，进入步骤4-3；

步骤4-3：依次遍历子区域集合，判断是否存在满足以下任一条件的子区域组合：

条件1：该子区域组合中存在与根节点t中的偏置多边形有父子关系的偏置多边形；

条件2：该子区域组合中最后一个偏置多边形的分级编号与根节点t中某个偏置多边形的分级编号相同，并且两个多边形上存在距离小于等于路径间距的部位；或者根节点t中最后一个偏置多边形的分级编号与该子区域组合中某个偏置多边形分级编号相同，并且这两个偏置多边形上存在距离小于等于设定的路径间距的部位；

若存在满足条件1或者条件2的子区域组合，将该子区域组合链接到节点t上，作为t的子节点，并将该子区域组合作为新的待链接节点t，将该子区域组合从子区域集合中删除，返回步骤：4-2；如果判断为否，则将待链接节点t的父节点赋值为新的待链接节点t，返回步骤4-3；

所述步骤 5中，在子区域中生成闭合填充路径的具体方法是：

步骤5-1：从子区域集合Z中选择一个子区域组合zi，然后将该子区域组合zi从子区域集 合中删除，判断子区域组合zi的偏置多边形数目是否大于1，如果判断结果为是，进入步骤 5-2；如果判断结果为否，则返回步骤5-1；

步骤5-2：将子区域组合zi内的偏置多边形进行连接，得到闭合路径；

步骤5-2-1：将子区域组合zi的第一个偏置多边形的作为初始闭合轮廓Co；

步骤5-2-2：在闭合轮廓Co上选取任意一点Po，Po优选为尖角或高曲率点，然后在闭合轮 廓Co上获得点Qo，点Po与点Qo的直线距离为第一路径间距；

步骤5-2-3：在与闭合轮廓Co相邻的闭合轮廓Ci上求得另外两点Pi与Qi，Po与Pi之间的距 离为第二路径间距，或者Po与Pi之间的距离为Po到闭合轮廓Ci的最短距离，且该最短距离小于或 等于第一路径间距的1.5倍；Pi到Qi的距离为第三路径间距；

步骤5-2-4：连接Po与Pi，连接Qo与Qi，并删除Po和Qo之间的连线，同时删除Pi和Qi之间的 连线得到新的闭合轮廓Co，判断是否存在未连接的偏置多边形，如果判断为是，则结束步骤 5-2；如果判断结果为否，返回步骤5-2-2；

所述步骤 6中，根据关系树将具有父子关系的子区域的闭合填充路径进行连接的方法与步骤5-2采用 的闭合路径连接方法相同，输出最终的拓扑连通区域闭合填充路径；所述步骤 6中，对二维层片内各个拓扑连通区域生成对应的闭合填充路径之后，利用空走路径依次连 接所有闭合填充路径；同时利用空走路径将三维模型所有层片的填充路径由底层开始进行 连接，得到整个三维模型的3D打印路径。