一种隐式曲面的3D打印方法、设备及存储介质技术

本发明专利技术公开了一种隐式曲面的3D打印方法、设备及存储介质，涉及3D打印技术领域，通过判断点与隐式曲面的关系快速确定隐式曲面在空间中的图形，表达为一组无序的短边，对短边进行排序成为有序的连续多段线并优化成为连续平滑多段线，最终将连续多段线输出为为3D打印机可运行的G代码；可用曲折线和平滑线两种形式的图形对隐式曲面进行表达；实现了对隐式曲面进行建模和切片的功能，适用于隐式曲面的3D打印；对于一些难以建模的复杂隐式曲面，可快速确定其几何图形并输出可打印的G代码。速确定其几何图形并输出可打印的G代码。速确定其几何图形并输出可打印的G代码。

【技术实现步骤摘要】
一种隐式曲面的3D打印方法、设备及存储介质


[0001]本专利技术属于3D打印
，具体涉及一种隐式曲面的3D打印方法、设备及存储介质。

技术介绍

[0002]随着现在科技的不断发展，3D打印技术通常基于离散—堆积原理，是一种以数字模型为基础，采用材料逐层累加的方法制造出实体物品的制造技术，又被称为增材制造技术。
[0003]在FDM 3D打印(熔融沉积成型)过程中，一般通过建模软件建立显式曲面模型或三角面(mesh)模型，以STL数据格式描述三维物体的表面几何形状，使用通用或厂商专用软件进行切片处理输出可供机器识别的G代码进行打印，对于显式曲面和三角面模型的切片和G代码输出技术较为成熟，但隐式曲面难以建模、难以切片，目前市场上尚未有适用于隐式曲面的3D打印方法；为此，现在提出一种隐式曲面的3D打印方法。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种隐式曲面的3D打印方法、设备及存储介质，解决了现有技术中对于隐式曲面难以建模、难以切片的技术问题。
[0005]本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：一种隐式曲面的3D打印方法，方法包括以下步骤：
[0006]输入一个隐式曲面表达式，在规定层高和三维空间范围中求得隐式曲面表达式的图形，记录为无序的短边，以短边首尾点的三维坐标成对记录；
[0007]对获得的无序的短边进行排序，成为连续的多段线，以连续的多段线上的所有点的三维坐标形式存储；对于不能一笔画的图形，则存储为多条连续多段线；/>[0008]对获得的连续多段线进行优化，使连续多段线成为连续的平滑多段线，以平滑多段线上的所有点的三维坐标形式存储；
[0009]根据存储的平滑连续多段线，规划3D打印路径，并以G代码的形式输出。
[0010]进一步地，所述图形的求解方法如下：
[0011]输入一个隐式曲面表达式f(x,y,z)＝V，即判断空间中的任意点与隐式曲面的关系，当f(x,y,z)＝V时，点(x,y,z)在隐式曲面上，当f(x,y,z)>V或f(x,y,z)<V时，点(x,y,z)在曲面外；
[0012]其中(x，y，z)为坐标，V为常数；
[0013]规定绘制图形的三维空间范围：x轴方向最小值X
min
，最大值X
max
，长度为(X
max
‑
X
min
)，y轴方向最小值Y
min
，最大值Y
max
，长度为(Y
max
‑
Y
min
)，z轴方向层数为N；每层层高为h，则第j层所有点的z轴坐标可表示为jh；在每一层上，其中以第j层为例，0≤j≤N
‑
1，j为整数，以单位长度u划分为个格点，对每一个格点(x
i
,y
i
,z
i
)，计算f(x
i
‑
0.5u,y
i
+0.5u,z
i
)，f(x
i
+0.5u,y
i
+0.5u,z
i
)，f(x
i
+0.5u,y
i
‑
0.5u,z
i
)
与V值的差值；
[0014]比较f(x
i
‑
0.5u,y
i
+0.5u,z
i
)
‑
V与f(x
i
+0.5u,y
i
+0.5u,z
i
)
‑
V，若为异号，记录以(x
i
‑
0.5u,y
i
+0.5u,z
i
)和(x
i
+0.5u,y
i
+0.5u,z
i
)两点为中心点的方格的共用边；比较f(x
i
+0.5u,y
i
+0.5u,z
i
)
‑
V与f(x
i
+0.5u,y
i
‑
0.5u,z
i
)
‑
V，若为异号，则记录以(x
i
+0.5u,y
i
+0.5u,z
i
)和(x
i
+0.5u,y
i
‑
0.5u,z
i
)两点为中心点的方格的共用边；此边记为其首尾端点的坐标对b
k
←
{P
k
,P
k
'}；
[0015]根据获取的一组无序的长度为u的短边，记为B
j
←
{b0,b1,b2…
}，即为隐式曲面在第j层的图形，其中0≤j≤N
‑
1，j为整数。
[0016]进一步地，所述对获得的无序的短边进行排序的过程包括：
[0017]以第一条短边b0的首点P0为连续路径起点P
s
，尾点P0'为连续路径终点P
e
，将第一条短边列为已被标记；
[0018]遍历所有未被标记的短边，若短边b
k
任一端点与当前路径的起点P
s
相同，则将短边的另一端点加入当前路径的头部成为新的起点P
s
；若短边任一端点与当前路径的终点P
e
相同，则将短边的另一端点加入当前路径的尾部成为新的终点P
e
；并将此短边列为已被标记；
[0019]若当前连续路径的起终点已不存在未被标记并且与之相连的短边，则此条连续路径t
i
←
{P0,P1,P2…
}已被找到，以当前未被标记的短边集合重新执行，直到不存在未被标记的短边为止；
[0020]获取若干条连续路径集合T
j
←
{t0,t1,t2…
}即为隐式曲面第j层的连续图形。
[0021]进一步地，所述对获得的连续多段线进行优化的方法如下：
[0022]对于所取得的每一条连续路径t
i
，依序计算f(P
k
)
‑
V,f(P
k+1
)
‑
V，
[0023]若两者异号表明该两点连线与隐式曲面存在交点，则用插值法求得此交点作为P
k
,P
k+1
的插值点F
k
；
[0024]若两者同号则表明该两点连线与隐式曲面不存在交点，则取f(P
k
)
‑
V,f(P
k+1
)
‑
V绝对值较小者P
k
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种隐式曲面的3D打印方法，其特征在于，方法包括以下步骤：输入一个隐式曲面表达式，在规定层高和三维空间范围中求得隐式曲面表达式的图形，记录为无序的短边，以短边首尾点的三维坐标成对记录；对获得的无序的短边进行排序，成为连续的多段线，以连续的多段线上的所有点的三维坐标形式存储；对于不能一笔画的图形，则存储为多条连续多段线；对获得的连续多段线进行优化，使连续多段线成为连续的平滑多段线，以平滑多段线上的所有点的三维坐标形式存储；根据存储的平滑连续多段线，规划3D打印路径，并以G代码的形式输出。2.根据权利要求1所述的一种隐式曲面的3D打印方法，其特征在于，所述图形的求解方法如下：输入一个隐式曲面表达式f(x,y,z)＝V，即判断空间中的任意点与隐式曲面的关系，当f(x,y,z)＝V时，点(x,y,z)在隐式曲面上，当f(x,y,z)>V或f(x,y,z)<V时，点(x,y,z)在曲面外；其中(x，y，z)为坐标，V为常数；规定绘制图形的三维空间范围：x轴方向最小值X
min
，最大值X
max
，长度为(X
max
‑
X
min
)，y轴方向最小值Y
min
，最大值Y
max
，长度为(Y
max
‑
Y
min
)，z轴方向层数为N；每层层高为h，则第j层所有点的z轴坐标可表示为jh；在每一层上，其中以第j层为例，0≤j≤N
‑
1，j为整数，以单位长度u划分为度u划分为个格点，对每一个格点(x
i
,y
i
,z
i
)，计算f(x
i
‑
0.5u,y
i
+0.5u,z
i
)，f(x
i
+0.5u,y
i
+0.5u,z
i
)，f(x
i
+0.5u,y
i
‑
0.5u,z
i
)与V值的差值；比较f(x
i
‑
0.5u,y
i
+0.5u,z
i
)
‑
V与f(x
i
+0.5u,y
i
+0.5u,z
i
)
‑
V，若为异号，记录以(x
i
‑
0.5u,y
i
+0.5u,z
i
)和(x
i
+0.5u,y
i
+0.5u,z
i
)两点为中心点的方格的共用边；比较f(x
i
+0.5u,y
i
+0.5u,z
i
)
‑
V与f(x
i
+0.5u,y
i
‑
0.5u,z
i
)
‑
V，若为异号，则记录以(x
i
+0.5u,y
i
+0.5u,z
i
)和(x
i
+0.5u,y
i
‑
0.5u,z
i
)两点为中心点的方格的共用边；此边记为其首尾端点的坐标对b
k
←
{P
k
,P
k
'}；根据获取的一组无序的长度为u的短边，记为B
j
←
{b0,b1,b2…
}，即为隐式曲面在第j层的图形，其中0≤j≤N
‑
1，j为整数。3.根据权利要求1所述的一种隐式曲面的3D打印方法，其特征在于，所述对获得的无序的短边进行排序的过程包括：以第一条短边b0的首点P0为连续路径起点P
s
，尾点P0'为连续路径终点P
e
，将第一条短边列为已被标记；遍历所有未被标记的短边，若短边b
k
任一端点与当前路径的起点P
s
相同，则将短边的另一端点加入当前路径的头部成为新的起点P
s
；若短边任一端点与当前路径的终点P
e
相同，则将短边的另一端点加入当前路径的尾部成为新的终点P
e
；并将此短边列为已被标记；若当前连续路径的起终点已不存在未被标记并且与之相连的短边，则此条连续路径t
i
←
{P0,P1,P2…
}已被找到，以当前未被标记的短边集合重新执行，直到不存在未被标记的短边为止；获取若干条连续路径集合T
j
←
{t0,t1,t2…
}即为隐式曲面第j层的连续图形。
4.根据权利要求1所述的一种隐式曲面的3D打印方法，其特征在于，所述对获得的连续多段线进行优化的方法如下：对于所取得的每一条连续路径t
i
，依序计算f(P
k
)
‑
V,f(P

【专利技术属性】
技术研发人员：邵嘉妍，华好，马志骏，
申请(专利权)人：浙江绍兴康微机器人有限公司，
类型：发明
国别省市：