一种基于水平集的3D打印填充路径规划方法技术

本发明专利技术公开了一种基于水平集的3D打印填充路径规划方法，其包括以下步骤：步骤一、导入三维模型，获取三维模型的各层切片轮廓，并对切片轮廓形成的封闭区域进行三角网格剖分；步骤二、根据打印物体填充路径的形状要求，构建填充路径隐函数F(x,y)，并计算填充路径水平集曲线相对于填充路径隐函数的水平集高度；步骤三、获取在各个水平集高度下的填充路径水平集曲线的各点坐标；步骤四、根据三角剖分网格三角片的邻接拓扑关系，将水平集曲线上的各点连接成有序轮廓。本发明专利技术通过将填充路径图案映射为隐函数，利用水平集强大的拓扑变化处理能力提取出适合物体使用要求的复杂填充路径轮廓，不仅能够很好地处理填充路径的分裂和合并问题，而且可以避免仅依靠切片轮廓而进行的复杂几何计算，能够有效提高3D打印填充路径的多样性和灵活性。性和灵活性。性和灵活性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于水平集的3D打印填充路径规划方法


[0001]本专利技术涉及3D打印
，具体涉及一种基于水平集的3D打印填充路径规划方法。

技术介绍

[0002]3D打印，也称为增材制造，是一种通过逐层打印材料制造物体的技术，由于它改变了传统的减材制造模式，能够成型任意形状的物体,因此越来越多地应用在各行各业。
[0003]3D打印在制造物体之前，首先需要对模型进行逐层切片处理以获得各层切片的封闭轮廓，然后对这些轮廓的内部进行路径填充。填充路径的好坏对于能否成型出具有良好结构的物体起决定性作用。合适的填充路径，不仅可以提高制造效率、延长设备使用寿命，还能大大提高零件的成型质量，减小翘曲变形，降低收缩应力，使制件更符合物体的使用要求。
[0004]目前，常用的填充路径方式有：平行线路径、偏置路径等。这些填充路径未考虑物体的受力和材料特点，仅依靠切片轮廓信息，采用几何计算的方式生成打印路径，因而远不能满足日益复杂结构和多材料的要求。因此，研究适合于物体功能和材料要求的复杂填充路径的规划方法，对于改善成型物体的稳定性和质量具有重要意义。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于水平集的3D打印填充路径规划方法，其特征在于：其包括以下步骤：步骤一、导入三维模型，获取三维模型的各层切片轮廓，并对切片轮廓形成的封闭区域进行三角网格剖分；步骤二、根据打印物体填充路径的形状要求，构建填充路径隐函数F(x,y)，并计算填充路径水平集曲线相对于填充路径隐函数的水平集高度；步骤三、获取在各个水平集高度下的填充路径水平集曲线的各点坐标；步骤四、根据三角剖分网格三角片的邻接拓扑关系，将水平集曲线上的各点排序成有序轮廓路径。2.根据权利要求1所述的一种基于水平集的3D打印填充路径规划方法，其特征在于：步骤一中包括以下步骤：1)导入三维模型，沿与Z轴垂直的方向，计算该三维模型的各层切片轮廓，并获取每层切片轮廓所构建的封闭连通区域；2)对每一个封闭连通区域Ω，根据给定步长在区域Ω内部和边界上布置节点，利用布置的节点进行Delaunay三角剖分，并删除区域Ω之外的三角片；3)对三角剖分中的节点进行优化，得到最终的三角剖分网格Mesh。3.根据权利要求2所述的一种基于水平集的3D打印填充路径规划方法，其特征在于：步骤3)中，优化方式通过利用任意节点的邻接节点的坐标均值来代替原来的节点，迭代公式为：其中，Q
j
为Q
i
的邻接节点，s为邻接节点的个数。4.根据权利要求1所述的一种基于水平集的3D打印填充路径规划方法，其特征在于：步骤二中包括以下步骤：1)根据物体的填充路径形状要求，构建填充路径隐函数F(x,y)；2)将三角剖分网格Mesh中各个节点的x、y坐标代入填充路径隐函数，并将得到的函数值作为节点的z坐标，进而将三角剖分网格Mesh转化成三维网格Mesh3，然后获取三维网格Mesh3中的节点z坐标的最大值z
max
和最小值z
min
；3)计算每条填充路径水平集曲线C
i
＝{(x,y)|F(x,y)＝L
i
}相对于填充路径隐函数F(x,y)的水平集高度：L
i
＝z
min
+(i
‑
1)d，i＝1,2,
…
,N其中，N＝(z
max
‑
z
min
)/d为填充路径水平集曲线的个数，d为填充路径间距。5.根据权利要求1所述的一种基于水平集的3D打印填充路径规划方法，其特征在于：步骤三中包括以下步骤：1)依次遍历三维网格Mesh3中每个三角片的顶点坐标大小，记录存在水平集点v∈C
i
的三角片；2)对记录的三角片进行细分，并利用填充路径隐函数F(...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴婷，张礼兵，
申请(专利权)人：嘉兴关节家医疗器械有限公司，
类型：发明
国别省市：