一种用于大型3D打印的辊压整形拐角补偿算法制造技术

一种用于大型3D打印的辊压整形拐角补偿算法，步骤1：对打印模型切片得到单层轮廓；整理归纳，确认轮廓线段前序后继关系，作为轮廓序列；步骤2：遍历判定每个拐角的凹凸性及计算对应的拐角角度，保存数据在轮廓每个拐角结构中；步骤3：指定拐角角度生效范围，进行范围判定，标记为待处理拐角；步骤4：指定两个距离分别为起偏距离与反向延伸距离，对拐角打断，保存端点坐标信息；步骤5：在拐角的两个断点之间生成一段过渡曲线；步骤6：将生成过渡曲线合并到拐角，对所有的轮廓线进行辊压机构转角计算以及机器代码生成；步骤7：优化整理所有机器代码，插补运动，进行机器代码的运行。本发明专利技术拓宽了成型工件在高精度模具行业的应用范围。了成型工件在高精度模具行业的应用范围。了成型工件在高精度模具行业的应用范围。

【技术实现步骤摘要】
一种用于大型3D打印的辊压整形拐角补偿算法


[0001]本专利技术涉及增材制造，尤其是一种用于大型3D打印的辊压整形拐角补偿算法。

技术介绍

[0002]大型复合材料FDM打印中，使用辊压方式对熔体进行整形时，需要保证整形后的工件拐角与理论模型近似一致。但是辊压机构经过拐角时由于碾压方向变化，熔体变形会产生一定的缺角，造成模型拐角形状无法保证的问题。

技术实现思路

[0003]为了解决上述现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种用于大型3D打印的辊压整形拐角补偿算法。
[0004]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0005]一种用于大型3D打印的辊压整形拐角补偿算法，包括有以下步骤：
[0006]步骤1：对打印模型进行切片处理，得到单层轮廓；对得到的轮廓进行整理归纳，按照一个约定的方向作为打印方向，依次确认轮廓线段的前序后继关系，作为轮廓序列；
[0007]步骤2：根据轮廓序列，依次遍历判定每一个拐角的凹凸性及计算对应的拐角角度；并将数据(包括拐角凹凸性及拐角角度)保存在轮廓每一个拐角结构中；
[0008]步骤3：拐角补偿算法只针对凸角属性的拐角区域生效，指定一个拐角角度生效范围，进行范围判定，在满足指定角度范围且为凸角的情况标记为待处理拐角；
[0009]步骤4：通过大批量实际打印测试，总结打印效果做实验数据分析得到“两个距离”；针对目前待处理拐角，指定两个距离分别为起偏距离与反向延伸距离，在打印方向上对每个满足条件的拐角进行打断，保存端点坐标信息；
[0010]步骤5：针对打断的拐角序列，指定一个系数a为补偿系数，范围0～1，在拐角的两个断点之间生成一段过渡曲线；过渡曲线的弯曲程度由补偿系数确定，当补偿系数为0时，过渡曲线退化成直线；过渡曲线为1时，过渡曲线为经过端点1和端点2且分别相切的圆弧；在0～1变化时，过渡曲线在上述两种极限中变化；
[0011]步骤6：将过渡曲线连接到端点1和端点2，在对应的数据结构中插入过渡曲线的坐标即可，将生成过渡曲线合并到拐角，并统一归整到轮廓线中，对所有的轮廓线进行辊压机构转角计算以及机器代码生成；
[0012]步骤7：优化整理所有机器代码，按照轨迹点的坐标，顺序依次生成机器G代码(GCode)，并在打印设备控制系统中独立辊压机构的插补运动，进行机器代码的实际运行。
[0013]本专利技术和现有技术相比，其优点在于：
[0014]优点1：辊压机构独立插补，提高了5％～15％的打印效率，24小时内的打印量可以减少提高3小时左右的打印时间。
[0015]优点2：拐角补偿生效后，以前因为拐角缺角失败的工件，现在可以用拐角补偿方式打印，成功率可以提高20％左右。
[0016]优点3：没有实时拐角补偿之前，只能打印经过至少圆角半径15mm的理论拐角；实施了拐角补偿之后，可以打印理论拐角无圆角的情况，实际打印成品的圆角在5mm左右，工件拐角更加趋近于理论模型，提高了打印精度。
[0017]优点4：拐角打印精度提高后，拓宽了成型工件在高精度模具行业的应用范围。
[0018]本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。
附图说明
[0019]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0020]图1是本专利技术辊压缺角生成机理示意图；
[0021]图2是本专利技术辊压整形打印机理示意图；
[0022]图3是本专利技术计算拐角角度并判定凹凸角示意图；
[0023]图4是本专利技术判定待处理拐角示意图；
[0024]图5是本专利技术拐角打断示意图；
[0025]图6是本专利技术添加过渡曲线示意图；
[0026]图7是本专利技术拐角的凹凸性的判定计算示意图；
[0027]图8是本专利技术辊压机构转角计算示意图；
[0028]图9是本专利技术算法流程示意图。
具体实施方式
[0029]下面将参照附图更详细地描述本专利技术公开的示例性实施例，这些实施例是为了能够更透彻地理解本专利技术，并且能够将本专利技术公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。虽然附图中显示了本专利技术公开的示例性实施例，然而应当理解，本专利技术而不应被这里阐述的实施例所限制。
[0030]一种用于大型3D打印的辊压整形拐角补偿算法，包括有以下步骤：
[0031]步骤1：对打印模型进行切片处理，得到单层轮廓；对得到的轮廓进行整理归纳，按照一个约定的方向作为打印方向，依次确认轮廓线段的前序后继关系，作为轮廓序列。
[0032]步骤1的切片处理中，切片层高由用户根据工艺指定输入，每个模型切片的数量≈模型高度/层高，即模型切片的数量与模型的总高度有关。
[0033]步骤1的整理归纳包括两点：
[0034]第一点是对单层的轮廓进行整理优化，优化的目的主要将那些小于指定长度(这个参数也是动态可变更)的小线段合并，避免了单层轮廓出现大量小的线段。
[0035]第二点将单层轮廓按照指定的打印方向(打印方向可用户输入，比如逆时针或者顺时针)将轮廓上的线段按照首尾相连的顺序将线段的各个端点坐标保存起来，方便后续处理。
[0036]步骤2：根据轮廓序列，依次遍历判定每一个拐角的凹凸性及计算对应的拐角角
度；并将数据(包括拐角凹凸性及拐角角度)保存在轮廓每一个拐角结构中。
[0037]步骤2中，拐角的凹凸性的判定计算公式为：如图7所示，
[0038]ret＝(B.x
‑
A.x)
·
(C.y
‑
B.y)
‑
(B.y
‑
A.y)
·
(C.x
‑
B.x)
[0039]若ret＜0则为凸角，反之为凹角。
[0040]拐角角度的计算公式为：
[0041][0042]“拐角结构”的数据包括有：拐角凹凸性、拐角角度；还包括拐角的基础信息，比如组成这个拐角的三个坐标点，三个坐标点的顺序(由打印方向决定)，还有一些据此可以计算的附加属性，比如拐角第一条边的长度，拐角第二条边的长度。
[0043]步骤3：拐角补偿算法只针对凸角属性的拐角区域生效，指定一个拐角角度生效范围，进行范围判定，在满足指定角度范围且为凸角的情况标记为待处理拐角。
[0044]“拐角补偿算法”指根据起偏距离，反向延伸距离，补偿系数生成的过渡曲线去补偿的算法。
[0045]“拐角角度生效范围”的范围是由用户输入的，范围大小由工艺决定，比如范围大小为45
°
<拐角角度<120
°
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于大型3D打印的辊压整形拐角补偿算法，其特征在于，包括有以下步骤：步骤1：对打印模型进行切片处理，得到单层轮廓；对得到的轮廓进行整理归纳，按照一个约定的方向作为打印方向，依次确认轮廓线段的前序后继关系，作为轮廓序列；步骤2：根据轮廓序列，依次遍历判定每一个拐角的凹凸性及计算对应的拐角角度；并将数据保存在轮廓每一个拐角结构中；步骤3：拐角补偿算法只针对凸角属性的拐角区域生效，指定一个拐角角度生效范围，进行范围判定，在满足指定角度范围且为凸角的情况标记为待处理拐角；步骤4：通过大批量实际打印测试，总结打印效果做实验数据分析得到“两个距离”；针对目前待处理拐角，指定两个距离分别为起偏距离与反向延伸距离，在打印方向上对每个满足条件的拐角进行打断，保存端点坐标信息；步骤5：针对打断的拐角序列，指定一个系数a为补偿系数，范围0～1，在拐角的两个断点之间生成一段过渡曲线；过渡曲线的弯曲程度由补偿系数确定，当补偿系数为0时，过渡曲线退化成直线；过渡曲线为1时，过渡曲线为经过端点1和端点2且分别相切的圆弧；在0～1变化时，过渡曲线在上述两种极限中变化；步骤6：将过渡曲线连接到端点1和端点2，在对应的数据结构中插入过渡曲线的坐标即可，将生成过渡曲线合并到拐角，并统一归整到轮廓线中，对所有的轮廓线进行辊压机构转角计算以及机器代码生成；步骤7：优化整理所有机器代码，按照轨迹点的坐标，顺序依次生成机器G代码，并在打印设备控制系统中独立辊压机构的插补运动，进行机器代码的实际运行。2.根据权利要求1所述的一种用于大型3D打印的辊压整形拐角补偿算法，其特征在于：步骤1的切片处理中，切片层高由用户根据工艺指定输入，每个模型切片的数量≈模型高度/层高，即模型切片的数量与模型的总高度有关。3.根据权利要求1所述的一种用于大型3D打印的辊压整形拐角补偿算法，其特征在于：步骤1的整理归纳包括两点：第一点是对单层的轮廓进行整理优化，优化的目的主要将那些小于指定长度的小线段合并，避免了单层轮廓出现大量小的线段；第二点将单层轮廓按照指...

【专利技术属性】
技术研发人员：张昱，谭云东，
申请(专利权)人：上海酷鹰机器人科技有限公司，
类型：发明
国别省市：