[发明专利]一种基于骨架线轮廓识别与区域分割的3D打印成形方法

说明书

本发明属于3D打印相关技术领域，并公开了一种基于骨架线轮廓识别与区域分割的3D打印成形方法。该方法包括下列步骤：S1计算每个切片层成形轮廓内的骨架线；S2分别计算求取主骨架线的长度，每条骨架线端点处的直径，相邻两条骨架线之间的偏转角，以及成形轮廓中相邻两条边之间的偏转角；S3将成形轮廓内的区域类型分为直方区、平滑区、过渡平缓区、平滑薄壁区和毛糙区，利用步骤S2中计算获得的多个参数值建立区域划分标准，成形轮廓内的区域进行划分；S4规划每个区域的成形路径进行3D打印成形。通过本发明，解决复杂轮廓零件的轮廓识别与分割的问题，提供一种高效的鲁棒性强的复杂路径规划方法。

技术领域

本发明属于3D打印相关技术领域，更具体地，涉及一种基于骨架线轮廓识别与区域分割的3D打印成形方法。

背景技术

3D打印是增材制造技术的俗称，它与传统的材料“去除型”加工方法截然相反，是一种增材的制造方式。通常采用逐层制造的方式打印待加工三维实体模型的制造方法。其关键技术之一便是路径规划技术，同一模型，不同的路径规划具有完全不同的打印效果。传统的路径如光栅路径、Z字形路径、轮廓偏置路径、螺旋路径、中轴转化路径等针对特定模型具有良好的效果，然而在打印复杂模型时存在较多问题：光栅路径和Z字形路径在打印曲线轮廓、薄壁等轮廓时存在较多拐点，其台阶效应明显而且容易造成热应力集中，使得零件的打印效果较差；进行全局轮廓偏置路径规划与螺旋路径的计算复杂度较高而且有时候存在某些歧义区域，并且轮廓偏置路径不适合于薄壁区与毛糙区域(轮廓转折较为频繁的区域)；中轴转化路径适用的区域更是有限。因此上述路径规划在面对当今复杂轮廓的填充时存在较多缺陷。

针对复杂轮廓的路径规划，本领域人员提出了一些解决方法，即通过识别出一些轮廓特征，在特定区域采用特定的路径规划方式，用混合路径对不同区域进行填充，既提高了制造效率又能保证打印质量。例如文献《面向熔融沉积成型3D打印的高效路径规划研究与实现》设计了基于曲线轮廓线识别的分区填充算法，根据曲线轮廓线角度及弧度的特点，对曲线轮廓线进行识别；用四边形对多边形进行区分，分为含曲线区域和不含曲线区域；含曲线区域采用直角填充算法，不含曲线区域采用直骨架螺旋偏置填充算法。对于含曲线的简单多边形，该方法可以消除大量短线段以此提高打印效率及切片效率。然而该区域分割技术采用四边形进行分割，适用性太小，对诸如薄壁区、毛糙区都无法识别；而且轮廓的角度及弧度特征具有的信息太少，对复杂轮廓的识别误差很大，具有不稳定性，此外该方法对不同区域的填充也过于单一，无法满足对复杂轮廓的识别与分割，相应地，本领域存在着发展一种高效的、鲁棒性较强的适用于当前增材制造对于复杂路径规划技术需求的方法。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于骨架线轮廓识别与区域分割的3D打印成形方法，解决复杂轮廓零件的轮廓识别与分割的问题，提供一种高效的鲁棒性强的复杂路径规划方法。

为实现上述目的，按照本发明，提供了一种基于骨架线轮廓识别与区域分割的3D打印成形方法，该方法包括下列步骤：

S1获取待成形零件的切片层以及每个切片层中的成形轮廓，计算获得每个切片层成形轮廓内的骨架线，以此获得每个成形轮廓内的所有骨架线；

S2分别计算求取所有骨架线中主骨架线的长度L，每条骨架线端点处的直径d，相邻两条骨架线之间的偏转角θ，以及成形轮廓中相邻两条边之间的偏转角Φ；

S3将成形轮廓内的区域类型分为直方区、平滑区、过渡平缓区、平滑薄壁区和毛糙区，利用步骤S2中计算获得的多个参数值建立区域类型划分标准，利用该划分标准将所述每个切片层内的成形轮廓划分为相应类型的区域，以此实现对成形轮廓区域的划分；

S4根据成形轮廓中区域的类型规划每个区域的成形路径，根据每个区域的成形路径分别对每个区域进行加工，以此实现待成形零件的3D打印成形。

进一步优选地，在步骤S3中，所述区域划分标准按照下列方式进行：