[发明专利]一种在自由曲面表面共形打印多尺度电路的路径规划方法

说明书

一种在自由曲面表面共形打印多尺度电路的路径规划方法，以三维测量得到的曲面点云数据、电路导电布线结构上的二维点和打印参数为输入，基于k近邻法在曲面上的任意区域打印输入的电路结构，设置阈值控制打印精度，得到三维路径点集构成的打印路径，直接在自由曲面表面共形打印多尺度电路；本发明可在任意曲面上，使用挤出打印工艺和静电打印工艺直接打印导电线路，简化数据处理过程，提高打印精度。

技术领域

本发明属于增材制造技术领域，具体涉及一种在自由曲面表面共形打印多尺度电路的路径规划方法。

背景技术

在自由曲面表面共形制造多尺度电路，不仅可以应用于可穿戴柔性电子设备、生物传感器，也广泛用于飞机、火箭等飞行器上的传感检测和卫星通讯，在航空航天、信息通讯等领域有巨大发展前景。

3D打印技术是在自由曲面表面共形制造多尺度电路关键的方法之一，常用的打印方法有挤出打印和静电直写打印。其中，挤出打印工艺是将打印墨水从喷头内挤出形成连续分布的纤维，具有打印成本低、操作简易的优点；静电直写打印工艺的基本原理是在喷嘴和基底之间施加直流高压电，打印喷嘴处的材料溶液表面产生电荷积累并逐渐演变为泰勒锥状态，当静电场力超过材料溶液表面张力时，材料溶液会以“拉出”的方式在泰勒锥的顶端形成远小于打印喷头直径的极细的射流。根据以上两种打印方法，控制接收基板与Z轴的配合移动，即控制合理的打印路径，利用同一直径的喷头，使用挤出打印工艺制造线宽大于一百微米的电路，使用静电直写打印工艺制造线宽小于一百微米的电路，可在曲面基材上打印特定的多尺度电路图案。

现有的在自由曲面表面3D打印电路的路径规划方法是在事先已知建模参数的曲面模型上，通过UG、SolidWorks等商业切片软件处理后，将设计的电路图案投影到曲面上，规划的打印路径用参数样条曲线、B样条曲面或NURBS曲面等表达式来表示，但是这种方法无法直接生成打印路径，过程繁琐，仅适用在已知建模参数的曲面模型且对打印电路的起点位置没有精准要求的情况下。

而对于需要指定打印路径起点且未知曲面模型参数的情形，如在未知建模参数的曲面模型的电路上，修补原共形电路缺陷或在指定位置添加额外的电路时，现有的路径规划方法不能精准修补缺陷或按需在特定的位置添加电路，存在一定的局限性。因此，探索一种既可以适用于未知曲面参数的模型，又能够指定任意位置打印多尺度电路的路径规划方法是有必要的。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供了一种在自由曲面表面共形打印多尺度电路的路径规划方法，可在任意曲面上，使用挤出打印工艺和静电打印工艺直接打印导电线路，简化数据处理过程，提高打印精度。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案实现：

一种在自由曲面表面共形打印多尺度电路的路径规划方法，以三维测量得到的曲面点云数据、电路导电布线结构上的二维点和打印参数为输入，基于k近邻法在曲面上的任意区域打印输入的电路结构，设置阈值控制打印精度，得到三维路径点集构成的打印路径，直接在自由曲面表面共形打印多尺度电路。

一种在自由曲面表面共形打印多尺度电路的路径规划方法，包括以下步骤：

步骤S1，输入点云数据、二维点及打印参数：提取三维测量得到的曲面点云数据，规划电路导电布线结构，按顺序提取电路导电布线结构中的二维点，设置起点坐标、阈值、接收距离等打印参数；

步骤S2，选择打印起点并转换坐标系：选择打印起点，根据起点坐标偏移打印的二维点，移动二维点到指定区域；

步骤S3，基于k近邻法求二维点对应在曲面上的z坐标，得到三维路径点；

步骤S4，删减三维路径点：设定阈值对三维路径点进行删减操作，保留特殊点；

步骤S5，三维路径点偏置：根据曲面打印的接收距离对三维路径点进行偏置；