[发明专利]一种基于机器视觉的3D打印方法及系统

权利要求书

1.一种基于机器视觉的3D打印方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

S100，获取待打印物品的三维模型文件；

S200，读取三维模型文件中的三维模型；

S300，生成三维模型中各个顶点的内部映射点，并连接各个内部映射点构建内部支撑网；

S400，对进行三维模型的内部支撑网的间隙补全操作得到优化支撑网；

S500，对三维模型进行分层得到各层切片；

S600，通过3D打印机将各层切片进行3D打印得到待打印物品；

其中，生成三维模型中各个顶点的内部映射点，并连接各个内部映射点构建内部支撑网的方法包括以下步骤：

S301，设三维模型的各个顶点的顶点集为V，边集为E，V＝{v₀、v₁、v₂…v_i…v_N}，E＝{e₀、e₁、e₂…e_j…e_M}，e₀边为v₀顶点的边，v₀顶点为模型距离三维坐标系零点(坐标0,0,0)的欧氏距离最短的一个顶点或者任意一个顶点，i＝[1,N],j＝[1,M],N为三维模型中顶点的数量,M为三维模型中边的数量，v_i为三维模型的第i个顶点；令内部映射点的集合为V1，设置一个生成集合VA，将集合VA、V1初始化为空集

S302，如果集合则令VA＝V；如果则令VA＝V1；

根据以下规则生成VA中各个顶点v_i的内部映射点：如果与顶点v_i的所有各个相邻顶点为v_x到v_y的多个顶点，即序号为x到y的顶点,其中x＜y,且X和Y取值范围均为VA中元素的数量，则生成顶点v_i的内部映射点v_z，生成v_z的位置为：将v_z、v_x到v_y构成一个三角形，令点v_z在v_x到v_y构成的边上的投影点的位置或者v_x到v_y的中点的位置为v_z；

或者v_z为：其中，v_w为顶点v_x到顶点v_y中的顶点，k＝1-p-q；e_w为顶点v_i到顶点v_w的边，e_w的值为边长，e_max为边e_x到边e_y的最长边，即e_max为顶点v_i到各个顶点的各边中最长的边，e_min为边e_x到边e_y的最短边，即e_min为顶点v_i到各个顶点的各边中最短的边；

S303，将新生成的各个内部映射点加入到集合V1中，将V1中的各个内部映射点与顶点集V中各个顶点相连接得到边的集合E1，计算集合E1中各边的边长的平均值ave，如果E1中存在边长大于ave的边，则将这些边从E1中删除,并将V1中与边长大于ave的边对应连接的各个内部映射点筛选出来从而得到集合V2，并执行V1＝V1-V2，V＝V1∪V，即，将去除了V2的V1合并到顶点集V中，将E1合并到边集E，并转到步骤S302；如果E1中不存在边长大于ave的边，则执行V＝V1∪V并将E1合并到边集E并转到步骤S304；

S304，由顶点集V及边集E得到内部支撑网；

其中，对进行三维模型的内部支撑网的间隙补全操作得到优化支撑网的方法包括以下步骤：

间隙补全操作如下：计算内部支撑网的顶点集V中每个内部映射点v_r与相邻内部映射点的各边之间的夹角大小，其中相邻内部映射点的连线均在内部支撑网的内部，筛选出各个夹角中角度最大的夹角作为待补全夹角，令与v_r构成待补全夹角的相邻内部映射点为v_max1和v_max2，计算v_r与相邻内部映射点的所有各边的边长的平均值为ave1；令v_max1和v_max2之间的距离为L；判断L是否大于ave1的2倍，如果是，则将内部映射点v_r、v_max1和v_max2构成一个三角形，令点v_r在v_max1和v_max2构成的边上的投影点的位置或者v_max1和v_max2的中点为v_s，将v_s补充到V中，从边集E中删除v_max1和v_max2之间的边，并连接v_s和v_max1得到e_s1、连接v_s和v_max2得到e_s2，将e_s1、e_s2加入到边集E中；

间隙补全操作完成后，由顶点集V及边集E得到的内部支撑网即为优化支撑网；

其中，对三维模型进行分层得到各层切片的方法为：

S501，调整优化支撑网在三维模型内部中边集E中边的宽度参数，边的宽度设置范围为[0.5,5]毫米；

S502，将内部有优化支撑网的三维模型的三维模型文件转换成STL文件；

S503，将STL格式的三维模型文件导入到Slic3r或Cura切片软件中，设置待打印物品的三维模型的高度及层数，根据单层切片的高度、层数进行切片；每个单层切片的内部为网状的优化支撑网的投影；

S504，Slic3r或Cura切片软件生成3D打印机可执行的Gcode代码。