XZA旋转轴3D打印机的镂空陶瓷3D打印方法和控制系统技术方案

本发明专利技术提供了一种XZA旋转轴3D打印机的镂空陶瓷3D打印方法和控制系统，确定纹理、纹理密度及相关打印信息；根据纹理密度，在二维平面内进行路径规划，初步生成二维平面内的路径点集a；读取基础形状信息，并将基础形状参数化到根据纹理密度确定的矩形区域内，将路径点集a映射到XYZ空间，获得XYZ空间的路径点集b；将路径点集b映射到XZA空间，获得XZA空间的路径点集c；根据路径点集c，确定可打印的G

【技术实现步骤摘要】
XZA旋转轴3D打印机的镂空陶瓷3D打印方法和控制系统


[0001]本专利技术属于3D打印
，具体涉及一种XZA旋转轴3D打印机的镂空陶瓷3D打印方法和控制系统。

技术介绍

[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本专利技术相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。
[0003]陶瓷具有优异的耐腐蚀、耐高温、硬度高、机械强度高、密度低、吸水率低等优点，已在日用生活、建筑卫生、化工电气等各领域得到广泛应用。传统陶瓷制品种类繁多、性能各异，随着高新技术工业的兴起，各种新型特种陶瓷也获得较大发展。陶瓷已日渐成为良好的结构和功能材料。
[0004]镂空是陶瓷器的传统装饰技法之一，是指在陶坯体上透雕花纹。就镂空陶瓷而言，据历史记载，镂空陶瓷到现在已经有了千年历史。距今五千年前的新石器时代晚期陶器已有透雕圆孔为饰，山东大汶口出土的薄胎黑陶把杯，把柄上就有多种镂空纹饰；汉代到魏晋时期的各式陶瓷香薰都有透雕纹饰；宋以后镂空装饰日益发展；清乾隆(1736
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1795)时烧成镂空转心、转颈及镂空套瓶等作品，使这类工艺达到顶峰。镂空陶瓷具有极强的装饰性，被广大群众所喜爱，市场上随处可见的镂空陶瓷灯，从台灯、壁灯、吸顶灯、落地灯、卧室灯、赏瓶等款式齐全，已经成为中式装饰风格必选陶器。镂空陶瓷与一般陶瓷制品相比，制作工艺要复杂的多。
[0005]3D打印可以从数字文件制造具有高度复杂几何形状的固体对象。随着数字设计和制造技术的日益发展，3D打印精度与打印速度逐渐提高，3D打印设备与打印材料也逐渐多样化。这些技术通过数字建模，仿真以及物理过程的日益增强，使得陶瓷3D打印技术受到了学术界和业界的广泛关注。
[0006]墨水直写(DIW)是一种基于挤出的3D打印技术，以粘土为打印材料，逐层滴下、沉淀粘性浆料，形成有形产品，具有成本效益和环保特点。然而在使用陶泥打印镂空设计的时候，由于粘土本身的重力以及粘土较慢的干燥速度，制造过程中会发生坍塌，造成打印的失败；即使是添加支撑减少了塌陷的发生，但打印支撑一则会增加打印时间，二则支撑的拆除是一件很麻烦的事情，甚至会影响打印成品的质量；还有很重要的一点，陶瓷3D打印中，打印路径的不连续性会影响喷嘴的开闭，从而影响打印质量和精度，而XYZ空间的逐层打印镂空结构很难保证路径的连续。这对镂空陶瓷的数字化设计和制造提出了新的挑战。

技术实现思路

[0007]本专利技术为了解决上述问题，提出了一种XZA旋转轴3D打印机的镂空陶瓷3D打印方法和控制系统，本专利技术利用已有的XZA旋转轴打印机，通过巧妙控制，实现镂空陶瓷3D打印，能够降低粘土本身重力以及粘土干燥速度慢带来的影响，提高3D打印镂空陶瓷的成功率；对打印路径进行合理的规划，保证打印路径的连续，提高打印成品的质量；提高打印速度，
减少打印时间，与此同时节省打印材料。
[0008]根据一些实施例，本专利技术采用如下技术方案：
[0009]一种XZA旋转轴3D打印机的镂空陶瓷3D打印方法，包括以下步骤：
[0010]确定纹理、纹理密度及相关打印信息；
[0011]根据纹理密度，在二维平面内进行路径规划，初步生成二维平面内的路径点集a；
[0012]读取基础形状信息，并将基础形状参数化到根据纹理密度确定的矩形区域内，将路径点集a映射到XYZ空间，获得XYZ空间的路径点集b；
[0013]将路径点集b映射到XZA空间，获得XZA空间的路径点集c；
[0014]根据路径点集c，确定可打印的G
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code文件，并输出以进行打印。
[0015]作为可选择的实施方式，选择需要的纹理并指定该纹理密度及相关打印信息的具体过程包括：
[0016]获取用户选择需要的纹理；
[0017]获取用户指定纹理在水平和垂直方向的密度；
[0018]获取用户指定的打印的层厚以及打印层数信息。
[0019]作为可选择的实施方式，根据纹理密度，在二维平面内进行路径规划的具体过程包括：
[0020]对所确定的纹理进行采样处理；
[0021]根据密度度信息，进行路径规划，路径按照“zigzag”的原则进行规划。
[0022]作为可选择的实施方式，所述基础形状符合以下条件：
[0023](1)作为输入的基础形状为一个旋转体；
[0024](2)旋转体侧面的凹陷或凸出高度小于打印喷头的高度；
[0025](3)旋转体侧面的凹陷间的距离大于打印喷头的宽度，确保打印喷头可以充分接触到基础形状的侧表面；
[0026](4)旋转体侧面曲线与水平方向的夹角小于设定值。
[0027]作为可选择的实施方式，所述矩形区域为根据纹理密度所密铺出来的矩形区域。
[0028]作为可选择的实施方式，将路径点集b映射到XZA空间，获得XZA空间的路径点集c的具体过程包括：
[0029]通过仿射变换将基础形状移动至旋转轴与Z轴重合且底面旋转轴中心与XYZ空间的坐标原点重合；
[0030]通过仿射变换将基础形状旋转至旋转轴与X轴重合且基础物体位于X轴的正方向处；
[0031]以点到旋转轴的直线距离记为XZA空间下的Z值，以点逆时针旋转到打印喷头处所需的角度为XZA空间下的A值；以点在X轴方向垂直距离的绝对值为XZA空间下的X值。
[0032]作为可选择的实施方式，确定可打印的G
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code文件时，所述确定可打印的G
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code文件中为相对坐标，即下一坐标位置相对于当前位置各个坐标(X、Z、A)及挤出量E的变化情况，X、Z的正值表示向该坐标所在的正方向移动的距离，负值则相反；A的正值表示电机正转的角度，负值则表示电机反转的角度。
[0033]一种XZA旋转轴3D打印机的镂空陶瓷3D打印控制系统，包括：
[0034]初始参数获取模块，被配置为确定纹理、纹理密度及相关打印信息；
[0035]路径规划模块，被配置为根据纹理密度，在二维平面内进行路径规划，初步生成二维平面内的路径点集a；
[0036]映射模块，被配置为读取基础形状信息，并将基础形状参数化到根据纹理密度确定的矩形区域内，将路径点集a映射到XYZ空间，获得XYZ空间的路径点集b；将路径点集b映射到XZA空间，获得XZA空间的路径点集c；
[0037]打印文件确定模块，被配置为根据路径点集c，确定可打印的G
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code文件，并输出以进行打印。
[0038]一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，完成上述方法中的步骤。
[0039]一种电子设备，包括存储器和处理器以及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机指令，所述计算机指令被处理器运行时，完成上述方法中的步骤。
[0040]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0041](1)本专利技术借助打印空间的变换，降低粘土本身重力以及粘土干燥速度慢带来的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种XZA旋转轴3D打印机的镂空陶瓷3D打印方法，其特征是：包括以下步骤：确定纹理、纹理密度及相关打印信息；根据纹理密度，在二维平面内进行路径规划，初步生成二维平面内的路径点集a；读取基础形状信息，并将基础形状参数化到根据纹理密度确定的矩形区域内，将路径点集a映射到XYZ空间，获得XYZ空间的路径点集b；将路径点集b映射到XZA空间，获得XZA空间的路径点集c；根据路径点集c，确定可打印的G
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code文件，并输出以进行打印。2.如权利要求1所述的一种XZA旋转轴3D打印机的镂空陶瓷3D打印方法，其特征是：选择需要的纹理并指定该纹理密度及相关打印信息的具体过程包括：获取用户选择需要的纹理；获取用户指定纹理在水平和垂直方向的密度；获取用户指定的打印的层厚以及打印层数信息。3.如权利要求1所述的一种XZA旋转轴3D打印机的镂空陶瓷3D打印方法，其特征是：根据纹理密度，在二维平面内进行路径规划的具体过程包括：对所确定的纹理进行采样处理；根据密度度信息，进行路径规划，路径按照“zigzag”的原则进行规划。4.如权利要求1所述的一种XZA旋转轴3D打印机的镂空陶瓷3D打印方法，其特征是：所述基础形状符合以下条件：(1)作为输入的基础形状为一个旋转体；(2)旋转体侧面的凹陷或凸出高度小于打印喷头的高度；(3)旋转体侧面的凹陷间的距离大于打印喷头的宽度，确保打印喷头可以充分接触到基础形状的侧表面；(4)旋转体侧面曲线与水平方向的夹角小于设定值。5.如权利要求1所述的一种XZA旋转轴3D打印机的镂空陶瓷3D打印方法，其特征是：所述矩形区域为根据纹理密度所密铺出来的矩形区域。6.如权利要求1所述的一种XZA旋转轴3D打印机的镂空陶瓷3D打印方法，其特征是：将路径点集b映射到XZA空间，获得XZA空间的路径点集c的具体过程包括：通过仿射变换将基础形状移动至旋转轴与Z轴重合且...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕琳，田晓萍，马同庆，孙玉璐，刘文强，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：