[发明专利]基于空间势场的等间距、无支撑曲面分层及打印方法

说明书

本发明属于3D打印相关技术领域，其公开了一种基于空间势场的等间距、无支撑曲面分层及打印方法，方法包括：将待制造零件的三维模型体素化；在体素模型中选取源点；为源点中的体素空间点A设置包围盒，将包围盒中与体素空间点A的距离小于第一预设值的体素空间点进行标记，并分别获取所有标记的体素空间点与体素空间点A的矢量，最终获得源点的体素空间场；在已标记的体素空间点中获取新源点；采用上述方式获得新源点的体素空间场；重复以上步骤，将所有的体素空间场叠加于同一坐标空间即可获得分层的体素模型。本申请可以实现任意曲面等间距分层，并实现无支撑制造。

技术领域

本发明属于3D打印机计算机图形学相关技术领域，更具体地，涉及一种基于空间势场的等间距、无支撑曲面分层及打印方法。

背景技术

传统的3D打印经过长期的发展已非常成熟，该打印方式基于平面分层，路径规划相对简单，现阶段主要是针对工艺调控相关方面的研究，在针对复杂曲面模型时，传统平面制造主要存在如下缺点：(1)平面制造不可避免地会出现台阶效应，表面精度较差；(2)当打印基底为曲面(如圆柱面基底)时，采用平面制造无法规划其路径；(3)传统平面制造打印悬垂结构件时需要添加无用支撑，打印该支撑消耗更多的时间并且需要对支撑进行后续去除处理，影响表面精度。因此，基于等间距、无支撑制造的曲面分层技术成为3D打印领域近年来研究的热点之一。

针对悬臂结构，复杂曲面结构等零件的曲面分层，本领域人员提出了一些解决办法，中国专利CN2019108972269公开了一种基于模型体素化距离变换的增材制造方法，其通过对整个体素模型和单个切片层中的体素赋予距离标签，然后分别按照距离标签对切片层和切片层内的轨迹进行划分，最后获得熔融沉积成形轨迹，该方法对待成形零件的结构没有要求，适用范围广，普适性好，然而该曲面分层方法也存在一些问题，首先，通过计算整个体素模型到初始切片层的最小欧式距离作为该体素的距离标签，然后将距离标签相同的体素单元划分到同一层将会导致切片层间存在不等间距的问题，即模型表面某一点的曲面层归属由起始点的测地线距离决定，而非欧式距离决定。进一步地，由于喷头位姿的计算依赖于此曲面层，因此该专利所述方法也无法实现无支持制造，因而是一种不合理的曲面分层方式。

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空间势场的等间距、无支撑曲面分层及打印方法，可以实现任意曲面等间距分层，并实现无支撑制造。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于空间势场的等间距、无支撑曲面分层方法，所述方法包括：S1：将待制造零件的三维模型体素化，获得由体素空间点组成的待制造零件的体素模型；S2：选取所述体素模型中部分体素空间点作为源点；S3：为源点中的体素空间点A设置包围盒，将包围盒中与所述体素空间点A的距离小于或等于第一预设值的体素空间点进行标记，并分别获取所有标记的所述体素空间点与所述体素空间点A的矢量，以此方式，获得所述源点中所有体素空间点对应的矢量，最终获得所述源点的体素空间场；S4：遍历所述体素模型，当以一在步骤S3中已标记的体素空间点B为中心，边长为第二预设值的包围盒内存在未标记的体素空间点，则将所述体素空间点B设置为新源点，遍历所述体素模型获取所述体素模型中的所有新源点；S5：对所述新源点执行S3中操作获得所述新源点的体素空间场；S6：重复以上步骤S3～S5，将所有的体素空间场叠加于同一坐标空间即可获得分层的体素模型。

优选地，步骤S3中若体素空间点在多个包围盒中被标记，则将距离源点内体素空间点距离最小的矢量作为所述体素空间点与源点内体素空间点的矢量。

优选地，步骤S3中的包围盒为边长为2D的立方体或直径为2D的球体，其中所述源点中的体素空间点A设于所述包围盒的中心，D为打印喷头直径的1～1.5倍。

优选地，所述第一预设值为包围盒边长或直径的一半。

优选地，步骤S1具体为将待制造零件的三维模型的包围盒网格化，并对其中的模型实体部分和空体部分分别进行标记，其中模型实体部分的网格即为步骤S1中所述体素空间点。