一种快速成型机的复合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，公开了一种快速成型机的复合填充优化方法及系统，以减少在打印过程中每个轴的突变、减少翘边提升制作精度、增强模型的结构性、缩短整体模型的打印时间从而提升系统的稳定性，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；对三维模型进行切片，得到三维模型的待填充层，获取待填充层的总层数，并提取每层的轮廓顶点信息；判断每一层待填充层的奇偶性，选取符合奇偶性中其中一个特性的待填充层做新型轮廓偏置填充处理，符合奇偶性中另一个特性的待填充层做新型平行往复直线填充处理；生成整体填充路径以得到优化后的填充路径。

A compound filling optimization method and system for rapid prototyping machine

The invention relates to the field of path generation of printing technology, and discloses a compound filling optimization method and system of rapid prototyping machine, in order to reduce the sudden change of each axis in the printing process, reduce the warping edge to enhance the manufacturing accuracy, enhance the structure of the model, shorten the printing time of the whole model, and thereby enhance the stability of the system. The explicit method includes obtaining the three-dimensional model of the three-dimensional entity to be printed and determining the filling space; slicing the three-dimensional model to get the three-dimensional model to be filled layer, obtaining the total number of layers to be filled, and extracting the contour vertex information of each layer; judging the parity of each layer to be filled layer, selecting the parity which is consistent with the parity of the three-dimensional model. A new contour offset filling method is used to fill one feature of the blank layer, and a new parallel reciprocating line filling method is used to fill the blank layer which conforms to another feature of parity.

【技术实现步骤摘要】
一种快速成型机的复合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，尤其涉及一种快速成型机的复合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。此外，轮廓平行路径也是目前常用的打印填充路径之一,这种路径是根据一层的多边形轮廓的偏置得到大量的与轮廓平行的多边形填充线，这种方式由于避免了大量拐角的出现,不仅能使填充速度提高，还能提升打印机的稳定性和使用寿命。但如果是打印内部空腔比较多的复杂零件,这种路径生成算法就要处理轮廓偏置后出现的自相交、互相交等问题,涉及多边形布尔运算问题,使算法相对复杂,路径生成速度较慢。因此，如何实现减少在打印过程中每个轴的突变、减少翘边提升制作精度、增强模型的结构性、缩短整体模型的打印时间从而提升系统的稳定性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减少在打印过程中每个轴的突变、减少翘边提升制作精度、增强模型的结构性、缩短整体模型的打印时间从而提升系统的稳定性的快速成型机的复合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快速成型机的复合填充优化方法，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；S2：对所述三维模型进行切片，得到所述三维模型的待填充层，获取所述待填充层的总层数，并提取每层的轮廓顶点信息；S3：判断每一层待填充层的奇偶性，选取符合所述奇偶性中其中一个特性的待填充层做新型轮廓偏置填充处理，符合所述奇偶性中另一个特性的待填充层做新型平行往复直线填充处理；S4：生成整体填充路径以得到优化后的填充路径。优选地，所述新型轮廓偏置填充处理具体包括以下步骤：(1)采用螺旋轮廓偏置算法获取平面内的偏置填充路径，并计算该平面内的多边形轮廓顶点坐标信息；(2)基于所述轮廓顶点坐标信息通过正交分解原理计算出轮廓间衔接顶点的坐标，以进行填充路径优化；(3)将优化后的路径替代原本的偏置填充路径，并更新该平面内的填充路径。优选地，所述新型平行往复直线填充处理具体包括以下步骤：(1)采用平行往复直线填充方法获取平面内的平行直线填充线段；(2)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，若符合，则进入步骤(4)，若不符合，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(4)；(3)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；(4)将优化后的路径替代原本的平行直线填充线段，并更新该平面内的填充路径。优选地，所述步骤(2)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。为实现上述目的，本专利技术提供一种快速成型机的复合填充优化系统，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：本专利技术提供的一种快速成型机的复合填充优化方法及系统，对切片分层后的三维模型的待填充层进行奇偶性判断，然后选取符合奇偶性中其中一种特性的待填充层做新型轮廓偏置填充处理，符合所述奇偶性中另一个特性的待填充层做新型平行往复直线填充处理，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，将现有的螺旋偏置路径中的直线拐角转换为标准圆弧拐角，进行路径优化；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；最后再更新整体的填充路径以得到优化后的填充路径。本专利技术能减少在打印过程中每个轴的突变、减少翘边提升制作精度、增强模型的结构性、缩短整体模型的打印时间从而提升系统的稳定性的快速成型机的复合填充优化方法及系统。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；图2是本专利技术优选实施例的拐角衔接处示意图；图3是本专利技术优选实施例的本专利技术优选实施例的拐角衔接处几何关系示意图；图4是本专利技术优选实施例奇数层路径优化后的填充路径示意图；图5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6是本专利技术优选实施例的第一种圆弧拐角方式示意图；图7是本专利技术优选实施例的第二种圆弧拐角方式示意图；图8是本专利技术优选实施例的不能参与优化的一种情形示意图；图9是本专利技术优选实施例的不能参与优化的另一种情形示意图；图10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11是本专利技术优选实施例偶数层路径优化后的填充路径示意图；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，本实施例提供一种快速成型机的复合填充优化方法，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；S2：对三维模型进行切片，得到三维模型的待填充层，获取待填充层的总层数，并提取每层的轮廓顶点信息；S3：判断每一层待填充层的奇偶性，选取符合奇偶性中其中一个特性的待填充层做新型轮廓偏置填充处理，符合奇偶性中另一个特性的待填充层做新型平行往复直线填充处理；S4：生成整体填充路径以得到优化后的填充路径。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。然后，利用常用的分层软件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。提取切片后得到的待填充层的总层数，并提取每层的轮廓顶点信息。再对每一个待填充层本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种快速成型机的复合填充优化方法，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；S2：对所述三维模型进行切片，得到所述三维模型的待填充层，获取所述待填充层的总层数，并提取每层的轮廓顶点信息；S3：判断每一层待填充层的奇偶性，选取符合所述奇偶性中其中一个特性的待填充层做新型轮廓偏置填充处理，符合所述奇偶性中另一个特性的待填充层做新型平行往复直线填充处理；S4：生成整体填充路径以得到优化后的填充路径。

【技术特征摘要】
1.一种快速成型机的复合填充优化方法，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；S2：对所述三维模型进行切片，得到所述三维模型的待填充层，获取所述待填充层的总层数，并提取每层的轮廓顶点信息；S3：判断每一层待填充层的奇偶性，选取符合所述奇偶性中其中一个特性的待填充层做新型轮廓偏置填充处理，符合所述奇偶性中另一个特性的待填充层做新型平行往复直线填充处理；S4：生成整体填充路径以得到优化后的填充路径。2.根据权利要求1所述的快速成型机的复合填充优化方法，其特征在于，所述新型轮廓偏置填充处理具体包括以下步骤：(1)采用螺旋轮廓偏置算法获取平面内的偏置填充路径，并计算该平面内的多边形轮廓顶点坐标信息；(2)基于所述轮廓顶点坐标信息通过正交分解原理计算出轮廓间衔接顶点的坐标，以进行填充路径优化；(3)将优化后的路径替代原本的偏置填充路径，并更新该平面内的填充路径。3.根据权利要求1所述的快速成型机的复合填充优化方法，其特征在于，所述新型平行往复直线填充处理具体包括以下步骤：(1)采用平行往复直线填充方法获取平面内的平行直线填充线段；(2)遍历所述平行直线填充线...

【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