[發(fā)明專(zhuān)利]一種建模與切片并行的3D打印路徑生成方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010935304.2
• 申請(qǐng)日: 2020-09-08
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112265271B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-10-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王玉;王碩;李帥帥;張強(qiáng);于穎;張曉陽(yáng)
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 同濟(jì)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): B29C64/386
• 分類(lèi)號(hào): B29C64/386;B29C64/393;B33Y50/00;B33Y50/02;G06T17/20
• 代理公司: 上海科盛知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31225
• 代理人: 楊宏泰

本發(fā)明涉及一種建模與切片并行的3D打印路徑生成方法，包括以下步驟：1)繪制掃掠路徑；2)離散化形成有序的路徑點(diǎn)并保存各路徑點(diǎn)坐標(biāo)；3)建立向量并通過(guò)向量v_i表示P_i至P_i+1段的軸線方向；4)構(gòu)建羅德里格旋轉(zhuǎn)矩陣R，獲得其空間旋轉(zhuǎn)變化的旋轉(zhuǎn)軸以及旋轉(zhuǎn)角度；5)獲取起始層和終止層的截面輪廓；6)求解中間層截面的點(diǎn)集；7)重復(fù)第6)步的計(jì)算，依次求得中間各層的截面點(diǎn)集；8)根據(jù)旋轉(zhuǎn)公式對(duì)各層的截面點(diǎn)集進(jìn)行平移和旋轉(zhuǎn)變換，得到最終模型的空間坐標(biāo)集合M；9)按照雙搖籃五軸坐標(biāo)與直接坐標(biāo)系的對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)建模與切片并行的3D打印。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有同時(shí)進(jìn)行切片和建模、適用于多種模型等優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及3D打印技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種建模與切片并行的3D打印路徑生成方法。

背景技術(shù)

3D打印技術(shù)發(fā)展迅速并且具有廣泛的應(yīng)用前景，3D打印又被稱(chēng)作增材制造，它與傳統(tǒng)的車(chē)、銑、刨、磨等減材制造方式不同，生產(chǎn)零件是從無(wú)到有將材料一點(diǎn)點(diǎn)堆積起來(lái)的，是一種“生長(zhǎng)”式的零件建造方式，所以“建立模型”的過(guò)程和“生成打印路徑”的過(guò)程應(yīng)該是協(xié)同的，即在哪里建模，就在哪里打印，但是現(xiàn)有的3D打印方案分為建模和切片兩大步驟，前者利用CAD建模軟件，后者使用獨(dú)立的切片軟件，彼此相互獨(dú)立并且存在著嚴(yán)格的先后順序，即先建模后切片，切片軟件只獲得建模的最終輪廓，不能了解其建造順序及設(shè)計(jì)意圖，導(dǎo)致切片算法單一、打印成品結(jié)構(gòu)性能差，基于多軸打印機(jī)的分區(qū)域多方向建造技術(shù)依然采用相互獨(dú)立的建模和切片方案，但其依靠手動(dòng)劃分打印區(qū)域、設(shè)定建造方向，部分地解決了支撐和干涉的問(wèn)題，但自動(dòng)化程度不高、效率低下。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種建模與切片并行的3D打印路徑生成方法。

本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：

一種建模與切片并行的3D打印路徑生成方法，包括以下步驟：

1)繪制一條光滑的空間曲線作為后續(xù)建模的掃掠路徑；

2)設(shè)定取點(diǎn)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(jì)n個(gè)離散化的路徑點(diǎn){P₁,P₂,…,P_n}，并保存各路徑點(diǎn)坐標(biāo)，其中，n=2^a+1，a為整數(shù)；

3)在有序的路徑點(diǎn)坐標(biāo)列表內(nèi)選取相鄰的路徑點(diǎn)P_i和P_i+1，建立向量并通過(guò)向量v_i表示P_i至P_i+1段的軸線方向；

4)構(gòu)建羅德里格旋轉(zhuǎn)矩陣R，根據(jù)前后兩向量v_i和v_i+1的向量叉積和點(diǎn)積獲得其空間旋轉(zhuǎn)變化的旋轉(zhuǎn)軸k_i＝(k_x，k_y，k_z)以及旋轉(zhuǎn)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(diǎn)集L₁和終止層點(diǎn)集L_n；

6)根據(jù)點(diǎn)集L₁和L_n包含的對(duì)應(yīng)點(diǎn)，計(jì)算求解第層截面的點(diǎn)集L_(n+1)/2；

7)分別根據(jù)L₁和L_(n+1)/2、L_n和L_(n+1)/2的點(diǎn)集重復(fù)第6)步的計(jì)算，依次求得中間各層的截面點(diǎn)集，直至所有層數(shù)的結(jié)果均計(jì)算完畢，得到所有層的截面點(diǎn)集{L₁，L₂，…，L_n}；

8)根據(jù)旋轉(zhuǎn)公式對(duì)各層的截面點(diǎn)集進(jìn)行平移和旋轉(zhuǎn)變換，得到最終模型的空間坐標(biāo)集合M；