一种平行往复直线填充优化方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及打印技术路径生成领域，公开了一种平行往复直线填充方法及系统，以实现平行往复直线路径中的速度稳定，提高快速成型加工速度，提高制件精度以降低打印机的损耗，进一步提高打印机的效率延长打印机的使用寿命；本发明专利技术的方法包括获取待打印的三维实体的三维模型，并确定填充间距d；对三维模型进行切片分层，采用已有的平行往复直线填充方法获取三维模型的每一层在平面内的平行直线填充线段；遍历平行直线填充线段，并判断同一层中的相邻两条平行直线填充线段是否符合路径优化条件；将优化后的路径替代原本的平行直线填充线段，更新每个层的填充路径。

A parallel reciprocating linear filling optimization method and system

The invention relates to the field of path generation of printing technology, and discloses a parallel reciprocating straight line filling method and a system for realizing the speed stabilization in the parallel reciprocating straight line path, improving the processing speed of rapid prototyping, improving the precision of parts to reduce the loss of printers, further improving the efficiency of printers and prolonging the use of printers. The method of the invention includes acquiring a three-dimensional model of a three-dimensional entity to be printed and determining the filling interval d; slicing and layering the three-dimensional model, obtaining the parallel line filling line segments of each layer of the three-dimensional model in the plane by using the existing parallel reciprocating line filling method; traversing the parallel line filling line segments, and judging the parallel line segments. Break the two adjacent parallel lines in the same layer to fill the line segment whether meet the path optimization conditions; the optimized path will replace the original parallel line filling line segment, update the filling path of each layer.

【技术实现步骤摘要】
一种平行往复直线填充优化方法及系统
本专利技术涉及打印技术路径生成领域，尤其涉及一种平行往复直线填充优化方法及系统。
技术介绍
3D打印技术是一种基于离散、堆积的原理通过材料的逐渐累积来实现制造的技术。它利用计算机图形学将3D模型切成一系列一定厚度的“薄片”，3D打印设备从下至上逐层打印最后叠加成三维的实体物件。这种方式无需道具或模具就可以快速实现传统工艺难以或无法加工的复杂结构的制造，不仅能缩短产品的研发周期还能降低生产成本。但由于一个模型一般会拥有数量很大的层数,而每个层片的填充都需要耗费一定的喷料填充时间,如何提高打印效率是打印的关键技术之一。平行往复直线路径是目前常用的打印填充路径之一，这种路径的特点是路径的主体部分由大量等距平行的直线段组成,因此填充效率较高,同时路径生成算法简单可靠,生成路径速度快。但由于存在大量的路径连接拐角,拐角处的速度产生突变，这对打印机本身存在一定的损耗，而且会使得拐角处填充精度较差。另外挤出头在拐角之间的直线间运行的时候是进行的空走，所以打印机在这之前需要进行材料的回抽，次数较多的在短距离之间进行材料的回抽和挤出加速在一定程度上会减低系统稳定性。因此，如何实现平行往复直线路径中的速度稳定，提高快速成型加工速度，提高制件精度以降低打印机的损耗，进一步提高打印机的效率延长打印机的使用寿命成为急需解决的问题。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种能实现平行往复直线路径中的速度稳定，提高快速成型加工速度，提高制件精度以降低打印机的损耗，进一步提高打印机的效率延长打印机的使用寿命的平行往复直线填充优化方法及系统。为实现上述目的，本专利技术提供了一种平行往复直线填充优化方法，包括以下步骤：S1：获取待打印的三维实体的三维模型，并确定填充间距d；S2：对所述三维模型进行切片分层，采用已有的平行往复直线填充方法获取所述三维模型的每一层在平面内的平行直线填充线段；S3：遍历所述平行直线填充线段，并判断同一层中的相邻两条平行直线填充线段是否符合路径优化条件，如果符合则进入步骤S4，如果不符合，则采用分区算法对所述相邻两条平行直线填充线段进行预处理，重新生成填充线段后进入步骤S4；S4：对相邻两条平行直线填充线段的拐角处采用正交分解原理进行填充路径优化；S5：将优化后的路径替代原本的平行直线填充线段，更新每个层的填充路径。优选地，所述步骤S3中所述路径优化条件包括：(1)所述相邻两条平行直线填充线段与平面的轮廓边界交点所在直线相邻；(2)所述相邻两条平行直线填充线段处于同一个多边形内，且该多边形的内角不大于180°；(3)所述相邻两条平行直线填充线段满足标准圆弧处理条件。优选地，所述标准圆弧处理条件为填充间距d不小于由所述相邻两条平行直线填充线的线速度决定的最小填充间距值dmin。优选地，所述步骤S4具体包括以下步骤：S41：设定挤出头在所述相邻两条平行直线填充线上的运动路径为A->B->C->D，计算B点和C点构成的第一线段的斜率；S42：以水平方向为X轴，根据所述斜率计算所述第一线段与X轴的夹角；S43：根据所述夹角和所述相邻两条平行直线填充线的填充间距得到符合标准半圆弧的B'和C'点坐标，然后优化填充路径为A->B'->C'->D。为实现上述目的，本专利技术提供一种平行往复直线填充系统，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述方法的步骤。本专利技术具有以下有益效果：本专利技术提供一种平行往复直线填充优化方法和系统，在打印机通过运动的正交分解能保持线速度不变的基础上，将现有的平行填充往复的拐角转换为标准圆弧曲线，进行路径优化，能减少两条平行打印路径之间的空走拐角，从而避免打印速度的突变，减少空走路线和材料回抽次数，提高快速成型加工速度和制件精度，能在线速度不变的情况下，缩短整体模型的打印时间，提高系统稳定性。下面将参照附图，对本专利技术作进一步详细的说明。附图说明构成本申请的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1是本专利技术优选实施例的新型平行往复直线填充衔接间的圆弧顶点计算方法的流程图；图2是现有的平行往复直线填充路径图；图3是不能参与优化的一种情形示意图；图4是不能参与优化的另一种情形之一示意图；图5是本专利技术优选实施例的基于现有平行往复直线填充路径生成优化后的平行往复直线填充路径的拐角处示意图；图6是本专利技术优选实施例的曲线运动的速度正交分解原理图；图7是本专利技术优选实施例的优化后的平行往复直线填充路径图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的实施例进行详细说明，但是本专利技术可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。实施例1参见图1，本实施例提供一种平行往复直线填充优化方法，包括以下步骤：S1：获取待打印的三维实体的三维模型，并确定填充间距d；S2：对三维模型进行切片分层，采用已有的平行往复直线填充方法获取三维模型的每一层在平面内的平行直线填充线段；S3：遍历平行直线填充线段，并判断同一层中的相邻两条平行直线填充线段是否符合路径优化条件，如果符合则进入步骤S4，如果不符合，则采用分区算法对相邻两条平行直线填充线段进行预处理，重新生成填充线段后进入步骤S4；S4：对相邻两条平行直线填充线段的拐角处采用正交分解原理进行填充路径优化；S5：将优化后的路径替代原本的平行直线填充线段，更新每个层的填充路径。具体地，利用常用三维软件得到待打印的三维实体的三维模型文件，根据采用的3D打印机和所要达到的精度要求确定填充间距。需要说明的是，由于打印机本身硬件条件的限制和打印设备的结构配置和所用打印材料的成型参数不同，该填充间距不能过小，且不同打印机的填充间距和层厚范围也不同，其具体数值由打印机的电机属性决定，但是该限制条件并不对本专利技术构成限定与影响。假设该填充间距为d，打印机设定的填充率为r,打印机打印线宽为wide,那么它们和填充间距之间的关系为利用常用的分层软件或者常用的切片算法根据层高对获取的三维模型进行切片，可选地，常用的分层软件包括Slicer和Cura，常用的切片算法包括分区平行直线路径生成算法。在此，本实施例对常用的分层软件和常用的切片算法作举例说明，需注意，该例不做限定作用。然后利用已有的平行直线往复算法获得三维模型的每一层在具体平面内的平行直线填充线段，如图2所示，遍历平行直线填充线段，并判断同一层中的相邻两条平行直线填充线段是否符合路径优化条件。作为本实施例优选的实施方式，路径优化条件包括：(1)相邻两条平行直线填充线段与平面的轮廓边界交点所在直线相邻。参见图3，图中填充线a1和填充线b1之间不能进行路径优化，因为它们与轮廓边界线交点所在的直线不相邻。(2)相邻两条平行直线填充线段处于同一个多边形内，且该多边形的内角不大于180°。参见图4，图中填充线a2和填充线b2之间不能进行路径优化，因为它们组成的多边形的内角大于180°。(3)相邻两条平行直线填充线段满足标准圆弧处理条件。优选地，标准圆弧处理条件为填充间距d不小于由相邻两条平行直线填充线的线速度决定的最小填充本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种平行往复直线填充优化方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：获取待打印的三维实体的三维模型，并确定填充间距d；S2：对所述三维模型进行切片分层，采用平行往复直线填充方法获取所述三维模型的每一层在平面内的平行直线填充线段；S3：遍历所述平行直线填充线段，并判断同一层中的相邻两条平行直线填充线段是否符合路径优化条件，如果符合则进入步骤S4，如果不符合，则采用分区算法对所述相邻两条平行直线填充线段进行预处理，重新生成填充线段后进入步骤S4；S4：对相邻两条平行直线填充线段的拐角处采用正交分解原理进行填充路径优化；S5：将优化后的路径替代原本的平行直线填充线段，更新每个层的填充路径。

【技术特征摘要】
1.一种平行往复直线填充优化方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：获取待打印的三维实体的三维模型，并确定填充间距d；S2：对所述三维模型进行切片分层，采用平行往复直线填充方法获取所述三维模型的每一层在平面内的平行直线填充线段；S3：遍历所述平行直线填充线段，并判断同一层中的相邻两条平行直线填充线段是否符合路径优化条件，如果符合则进入步骤S4，如果不符合，则采用分区算法对所述相邻两条平行直线填充线段进行预处理，重新生成填充线段后进入步骤S4；S4：对相邻两条平行直线填充线段的拐角处采用正交分解原理进行填充路径优化；S5：将优化后的路径替代原本的平行直线填充线段，更新每个层的填充路径。2.根据权利要求1所述的平行往复直线填充优化方法，其特征在于，所述步骤S3中所述路径优化条件包括：(1)所述相邻两条平行直线填充线段与平面的轮廓边界交点所在直线相邻；(2)所述相邻两条平行直线填充线段处于同一个多边形内，且该多边形的内角不大于180°；(3)所述相邻两条平行直线填充线段...

【专利技术属性】
技术研发人员：张俊，宋朝霞，李丽娇，田慧敏，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43