[發明專利]一種建模與切片并行的3D打印路徑生成方法

有效

• 申請號: 202010935304.2
• 申請日: 2020-09-08
• 公開（公告）號: CN112265271B
• 公開（公告）日: 2021-10-08
• 發明（設計）人: 王玉;王碩;李帥帥;張強;于穎;張曉陽
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: B29C64/386
• 分類號: B29C64/386;B29C64/393;B33Y50/00;B33Y50/02;G06T17/20
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 楊宏泰

1.一種建模與切片并行的3D打印路徑生成方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)繪制一條光滑的空間曲線作為后續建模的掃掠路徑；

2)設定取點間隔Δd，將掃掠路徑曲線S按間隔Δd離散化，形成有序的共計n個離散化的路徑點{P₁，P₂，…，P_n}，并保存各路徑點坐標，其中，n＝2^a+1，a為整數；

3)在有序的路徑點坐標列表內選取相鄰的路徑點P_i和P_i+1，建立向量并通過向量v_i表示P_i至P_i+1段的軸線方向；

4)構建羅德里格旋轉矩陣R，根據前后兩向量v_i和v_i+1的向量叉積和點積獲得其空間旋轉變化的旋轉軸k_i＝(k_x，k_y，k_z)以及旋轉角度θ_i；

5)獲取起始層和終止層的截面輪廓并分別將其離散化為起始層點集L₁和終止層點集L_n；

6)根據點集L₁和L_n包含的對應點，計算求解第層截面的點集L_(n+1)/2；

7)分別根據L₁和L_(n+1)/2、L_n和L_(n+1)/2的點集重復第6)步的計算，依次求得中間各層的截面點集，直至所有層數的結果均計算完畢，得到所有層的截面點集{L₁，L₂，…，L_n}；

8)根據旋轉公式對各層的截面點集進行平移和旋轉變換，得到最終模型的空間坐標集合M，具體為：

根據旋轉公式t′_i，j＝R·t_i，j+v_i對各層截面上的點t_i，j進行平移和旋轉坐標變換，得到最終模型的空間坐標t′_i，j的集合M；

9)按照雙搖籃五軸坐標與直接坐標系的對應轉換，輸入空間坐標集合M和對應的旋轉角度θ_i，進行坐標變換，直接輸出包含五軸坐標的G-code代碼，實現建模與切片并行的3D打印。

2.根據權利要求1所述的一種建模與切片并行的3D打印路徑生成方法，其特征在于，所述的步驟4)中，所述的羅德里格旋轉矩陣R的表達式為：

其中，E為3階單位陣，θ為旋轉角度，k_x、k_y、k_z分別為旋轉軸的坐標。

3.根據權利要求1所述的一種建模與切片并行的3D打印路徑生成方法，其特征在于，所述的步驟5)中，起始層點集L₁和終止層點集L_n包含的對應點數量相同且有序排列。

4.根據權利要求3所述的一種建模與切片并行的3D打印路徑生成方法，其特征在于，當需要形成扭轉造型時，通過選擇空間上錯位的輪廓起始點來實現。

5.根據權利要求1所述的一種建模與切片并行的3D打印路徑生成方法，其特征在于，在獲取所有層的截面點集后，當需要控制截面的大小時，則將截面點集的坐標乘以縮放倍數因子，分別對x、y、z坐標進行補償。

6.根據權利要求5所述的一種建模與切片并行的3D打印路徑生成方法，其特征在于，所述的縮放因子采用函數F表示，包括正弦函數。

7.根據權利要求1所述的一種建模與切片并行的3D打印路徑生成方法，其特征在于，所述的步驟6)中，第層截面的第j個點坐標t_{(n+1)/2，j}的計算式為：

t_(n+1_)/2，j＝(t_1，j+t_n，j)/2

其中，t_1，j、t_n，j分別為點集L₁和L_n中對應的第j個點。