[发明专利]自由曲面涂层的3D打印方法及3D打印装置、3D打印设备

说明书

本发明公开了一种自由曲面涂层的3D打印方法及3D打印装置、3D打印设备，属于3D打印技术领域，能够解决现有3D打印方法在进行3D模型重构时计算量大，算法复杂、且难以完成对空间自由度要求较高的曲面的3D打印的问题。所述方法包括：获取自由曲面的点云数据；根据点云数据重构自由曲面的三维点云模型；获取三维点云模型中每个点的法向量；根据每个点的法向量和每个点的位置参数获取机械臂的位姿控制参数。本发明用于3D打印。

技术领域

本发明涉及一种自由曲面涂层的3D打印方法及3D打印装置、3D打印设备，属于3D打印技术领域。

背景技术

传统的3D打印都是增材成型，即通过对模型切片一层层堆叠起来，每一层只能进行平面运动，同时打印喷头的姿态不可调节，加工自由度较低，容易出现台阶效应，对于空间自由曲面的喷墨打印等操作无法胜任。而随着3D生物打印的发展及应用的普及，骨骼、肝脏、皮肤等人体器官的构建已经通过专用3D打印机实现。由于人体部位的三维模型构造复杂，诸如曲面打印或者涂层等操作需要空间更多自由度的支持，因此传统的平面堆叠打印方式已经难以满足今后3D生物打印的要求。随着机器人技术的广泛应用，机器人应用于喷涂、打磨等空间自由曲面的场景越来越多，其性能完全满足3D曲面打印的发展趋势。

使用机器人进行3D打印的关键环节在于打印路径的规划，而打印路径的规划取决于三维模型的数据处理，即空间曲面模型的数据处理。基于三维模型规划机器人路径的方法目前主要为两种:一种是基于stl或点云等离散点特征的切片求交法获得机器人工具轨迹；另一种是先通过UG等三维软件CAM加工功能得到刀具加工代码，再通过计算得到机器人工具轨迹。现有方法在进行3D模型重构时计算量大，算法复杂，并且现有打印设备只能实现4个自由度上的操作，难以完成对空间自由度要求较高的曲面的3D打印。

发明内容

本发明提供了一种自由曲面涂层的3D打印方法及3D打印装置、3D打印设备，能够解决现有3D打印方法在进行3D模型重构时计算量大，算法复杂、且难以完成对空间自由度要求较高的曲面的3D打印的问题。

本发明提供了一种自由曲面涂层的3D打印方法，所述方法包括：获取自由曲面的点云数据；根据所述点云数据重构所述自由曲面的三维点云模型；获取所述三维点云模型中每个点的法向量；根据所述每个点的法向量和每个点的位置参数获取机械臂的位姿控制参数。

可选的，所述根据所述点云数据重构所述自由曲面的三维点云模型具体包括：采用二维点拟合方法分别拟合所述点云数据中X轴横截面上的点云，并将拟合后的X轴横截面上的点云合并；采用二维点拟合方法拟合合并后的点云数据中Y轴横截面上的点云，并将拟合后的Y轴横截面上的点云合并，形成重构后的所述自由曲面的三维点云模型。

可选的，所述获取所述三维点云模型中每个点的法向量具体包括：对所述三维点云模型进行三角剖分，形成多个三角面片；计算每个所述三角面片顶点的法向量。

可选的，所述根据所述每个点的法向量和每个点的位置参数获取机械臂的位姿控制参数具体包括：根据所述每个点的法向量计算其对应的欧拉角；根据所述每个点的法向量对应的欧拉角计算每个点的旋转向量；根据所述每个点的旋转向量和每个点的位置参数获得机械臂的位姿控制参数。

可选的，在所述根据所述每个点的法向量和每个点的位置参数获取机械臂的位姿控制参数之后，所述方法还包括：根据所述三维点云模型中每个点对应的机械臂的位姿控制参数，生成所述自由曲面涂层的路径控制文件。

可选的，所述获取自由曲面的点云数据具体包括：利用线激光传感器获取自由曲面的点云数据。

可选的，所述二维点拟合方法为最小二乘法。

可选的，所述X轴横截面上的点云的拟合函数与所述Y轴横截面上的点云的拟合函数不同。