本发明专利技术涉及一种减少3D打印零件阶梯效应的五轴路径规划方法，该方法首先获取打印目标的三维模型，并提取出三维模型表面每个三角面片的顶点坐标及其法向量。然后在三维模型中提取出待优化表面，建立待优化表面上的所有三角面片的拓扑关系，并依次通过投影、逆投影、排序以及连线交点等步骤，组成完整的五轴3D打印路径。通过本发明专利技术规划的五轴3D打印路径可对一个经三轴3D打印形成的待优化工件进行表面优化打印，使得原本物体弯曲的曲面在打印后也保持弯曲平滑，有效缓解了传统三轴3D打印产生的阶梯式结构对打印后物体的精度和质量的影响。梯式结构对打印后物体的精度和质量的影响。梯式结构对打印后物体的精度和质量的影响。
【技术实现步骤摘要】
一种减少3D打印零件阶梯效应的五轴路径规划方法
[0001]本专利技术涉及3D打印
，特别是涉及一种减少3D打印零件阶梯效应的五轴路径规划方法。
技术介绍
[0002]利用3D打印技术可以对所需零件等进行加工制造，通俗来说3D打印是分层累加的增材制造。但是采用平面分层逐步累加的传统的三轴3D打印技术在打印过程中，零件表面层与层之间会产生边缘不平滑有阶梯式的结构，我们称之为阶梯效应，阶梯效应是3D打印技术不可避免的问题，容易造成打印的零件精度的偏差，从而不符合使用的要求。
技术实现思路
[0003]基于此，有必要针对现有技术中传统三轴3D打印由于阶梯效应容易造成打印精度偏差，从而降低了物体表面质量的技术问题，本专利技术提供一种提高3D打印零件表面质量的五轴路径规划方法。
[0004]本专利技术公开一种减少3D打印零件阶梯效应的五轴路径规划方法，五轴路径用于对一个经三轴3D打印形成的待优化工件进行表面优化打印，该规划方法包括以下步骤：
[0005]获取打印目标的三维模型，并提取出三维模型表面每个三角面片的顶点坐标及其法向量。其中，三维模型在一个X
‑
Y
‑
Z坐标系内，且Z轴垂直于X
‑
Y所在的水平面。
[0006]S1.在三维模型中提取出待优化表面。
[0007]S2.建立待优化表面上的所有三角面片的拓扑关系。
[0008]S3.将待优化表面上的所有三角面片的顶点全部投影在平面上的单位圆圆域上，并建立映射关系。其中，在待优化表面上具有拓扑关系的两个顶点，在投影到单位圆圆域上保持拓扑关系。
[0009]S4.将投影在单位圆圆域上具有拓扑关系的投影点两两连接成线段，并将单位圆与线段进行求交，形成交点。
[0010]S5.将交点逆映射到待优化表面上，遍历所有逆映射后交点的坐标，并提取出逆映射后交点的X、Y轴坐标及法向量。
[0011]S6.计算逆映射后交点组成的向量在水平面上与X轴的夹角，并根据夹角大小对逆映射后交点进行排序。
[0012]S7.利用直线将排序后的逆映射后交点依次连接形成封闭的多段线，进而构成单条的打印路径。
[0013]S8.将单位圆向内等距偏置一系列同心圆，并参照S3～S7的方法依次形成与每个同心圆对应的打印路径，进而组成完整的五轴3D打印路径。
[0014]作为上述方案的进一步改进，待优化表面上的所有三角面片的拓扑关系的建立方法包括以下过程：
[0015]遍历待优化表面上每个三角面片各顶点的坐标，分析每个三角面片与其余各三角
面片之间的位置关系，分析结果如下：
[0016](a)当两个三角面片拥有一个相同的顶点坐标，则表示两个三角面片有一个角重合。
[0017](b)当两个三角面片拥有两个相同的顶点坐标，则表示两个三角面片以一条边相邻。
[0018]记录与每个三角面片存在边相邻位置关系的三角面片，进而建立所有三角面片的拓扑关系。
[0019]作为上述方案的进一步改进，拓扑关系的建立方法还包括以下过程：
[0020]为待优化表面上的各个三角面片添加编号。其中，通过记录与每个三角面片存在边相邻位置关系的三角面片的编号，进而建立所有三角面片的拓扑关系。
[0021]作为上述方案的进一步改进，在对待优化工件进行表面优化打印之前，提高物体表面质量的方法还包括以下步骤：
[0022]获取三维模型的三轴3D打印路径，并根据三轴3D打印路径打印出待优化工件。其中，三轴3D打印路径的获取方法包括以下过程：
[0023]利用多个平行平面对三维模型中的三角面片截交，以此在每个平面上得到相应的截交线段。
[0024]在每个平面上排序连接截交线段，进而生成三轴3D打印切片轮廓。
[0025]根据切片轮廓生成相应的3D打印填充路径，进而组成三轴3D打印路径。
[0026]作为上述方案的进一步改进，3D打印填充路径的类型采用轮廓平行填充路径、方向平行填充路径，以及轮廓平行和方向平行混合填充路径中的任意一种。
[0027]作为上述方案的进一步改进，步骤S3中，利用调和映射算法将待优化表面上的所有三角面片的顶点全部投影在平面上的单位圆上。
[0028]作为上述方案的进一步改进，S1中，通过materialise magics软件处理STL格式的三维模型，进而提取出待优化表面。
[0029]作为上述方案的进一步改进，S6中，对逆映射后交点进行排序时，排序算法的排序指标如下：
[0030][0031]式中，(x，y)表示逆映射后交点组成的向量。θ为夹角。
[0032]作为上述方案的进一步改进，S8中，根据所需要的路径间距将单位圆向内等距偏置形成同心圆。
[0033]作为上述方案的进一步改进，S4中，将单位圆与线段进行求交存在三种结果：0个交点、1个交点和2个交点。
[0034]与现有技术相比，本专利技术公开的技术方案具有如下有益效果：
[0035]本专利技术通过获取打印目标的三维模型，并提取出三维模型表面每个三角面片的顶点坐标及其法向量，然后在三维模型中提取出待优化表面，建立待优化表面上的所有三角面片的拓扑关系，并依次通过投影、逆投影、排序以及连线交点等步骤，从而为打印目标规划出基于五轴3D打印的优化打印路径，进而可以根据规划出的五轴路径在传统三轴3D打印得到的工件上进行二次优化打印，相较于传统单独的三轴3D打印，本专利技术可以使得原本物
体弯曲的曲面在打印后也保持弯曲平滑，有效缓解了传统三轴3D打印产生的阶梯式结构对打印后物体的精度和质量的影响。
附图说明
[0036]图1为本专利技术实施例中减少3D打印零件阶梯效应的五轴路径规划方法的流程图；
[0037]图2为本专利技术实施例中的槽牙STL模型外部图；
[0038]图3为图2中槽牙STL模型内部图；
[0039]图4为本专利技术实施例中三轴3D打印槽牙模型的填充路径图；
[0040]图5为本专利技术实施例中的槽牙STL模型提取出的优化表面外部图；
[0041]图6为图5中槽牙STL模型提取出的优化表面内部图；
[0042]图7为本专利技术实施例中的槽牙STL模型提取出的优化表面上所有三角面片顶点在平面单位圆上的投影图；
[0043]图8为本专利技术实施例中的槽牙STL模型提取出的优化表面上所有三角面片在平面单位圆上的投影图；
[0044]图9为本专利技术实施例中的槽牙STL模型提取出的优化表面上所有三角面片上在平面单位圆上的投影中的线段与同心圆相交示意图；
[0045]图10为本专利技术实施例中的槽牙STL模型提取出的优化表面上所有三角面片上在平面单位圆上的投影中的线段与同心圆相交的交点示意图；
[0046]图11为本专利技术实施例中的槽牙STL模型提取出的优化表面上所有三角面片上在平面单位圆上的投影中的线段与同心圆相交的交点逆映射回槽牙模型表面示意本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种减少3D打印零件阶梯效应的五轴路径规划方法，其特征在于，所述五轴路径用于对一个经三轴3D打印形成的待优化工件进行表面优化打印；所述规划方法包括以下步骤：获取打印目标的三维模型，并提取出所述三维模型表面每个三角面片的顶点坐标及其法向量；其中，所述三维模型在一个X
‑
Y
‑
Z坐标系内，且Z轴垂直于X
‑
Y所在的水平面；S1.在所述三维模型中提取出待优化表面；S2.建立所述待优化表面上的所有三角面片的拓扑关系；S3.将所述待优化表面上的所有三角面片的顶点全部投影在平面上的单位圆圆域上，并建立映射关系；其中，在所述待优化表面上具有拓扑关系的两个顶点，在投影到所述单位圆圆域上保持拓扑关系；S4.将投影在所述单位圆圆域上具有拓扑关系的投影点两两连接成线段，并将所述单位圆与所述线段进行求交，形成交点；S5.将所述交点逆映射到所述待优化表面上，遍历所有逆映射后交点的坐标，并提取出所述逆映射后交点的X、Y轴坐标及法向量；S6.计算所述逆映射后交点组成的向量在所述水平面上与X轴的夹角，并根据夹角大小对所述逆映射后交点进行排序；S7.利用直线将排序后的所述逆映射后交点依次连接形成封闭的多段线，进而构成单条的打印路径；S8.将所述单位圆向内等距偏置一系列同心圆，并参照S3～S7的方法依次形成与每个同心圆对应的打印路径，进而组成完整的所述五轴3D打印路径。2.根据权利要求1所述的减少3D打印零件阶梯效应的五轴路径规划方法，其特征在于，所述待优化表面上的所有三角面片的拓扑关系的建立方法包括以下过程：遍历所述待优化表面上每个所述三角面片各顶点的坐标，分析每个所述三角面片与其余各三角面片之间的位置关系，分析结果如下：(a)当两个三角面片拥有一个相同的顶点坐标，则表示所述两个三角面片有一个角重合；(b)当两个三角面片拥有两个相同的顶点坐标，则表示所述两个三角面片以一条边相邻；记录与每个三角面片存在边相邻位置关系的三角面片，进而建立所有三角面片的拓扑关系。3.根据权利要求2所述的减少3D打印零件阶梯效应...
【专利技术属性】
技术研发人员：韩江，张文强，田晓青，夏链，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。