[发明专利]一种3D打印中带岛层片区域的快速路径规划方法

说明书

本发明公开了一种3D打印中带岛层片区域的快速路径规划方法，能高效地处理可带岛、可凹的待打印层片区域，通过将打印区域剖分为数量有限的多个凸形区域,避开了路径中大量的出岛和进岛几何判断，以及随之而来的频繁激光关闭与开启操作，有效延长了激光器的寿命；该方法包括：使用带岛三角化算法对多边形层片区域进行剖分；使用贪心策略，进行区域的凸化生长；对每个凸形区域，进行打印路径规划，进而获得全局区域的打印路径。本发明对于规模为n的多边形打印区域进行带岛层片区域三角化的时间复杂度是O(nlogn)；对由m个三角形组成的层片区域，采用贪心策略的三角形凸化生长算法的时间复杂度为O(m²)；TSM4CSA方法的总体时间复杂度不高于O(n²)。

技术领域

本发明属于电子技术领域，尤其涉及一种3D打印中带岛层片区域的快速路径规划方法。

背景技术

基于分层打印的3D打印中，带岛层片区域的路径规划，由于岛屿(一个，甚至多个)的存在，传统的打印路径规划算法不可避免地出现了大量打印路径穿越岛屿的现象，频繁的进出岛屿，除了大量复杂的相交计算与几何判断之外，也将引发激光的频繁中断与继续问题。从而，一方面打印路径规划的计算复杂度较高、规划效率较低；另一方面，频繁的激光中断与继续，不可避免地将加速激光器的老化，缩短激光器的寿命。

针对带岛的多边形层片打印区域的路径规划，提出了一个二阶段的解决方法(Two-stage Solving Method for Convexify Segment Algorithm，简称TSM4CSA算法)。

发明内容

本发明的目的在于提供一种3D打印中带岛层片区域的快速路径规划方法，旨在解决基于分层打印的3D打印中，带岛层片区域的路径规划，由于岛屿(一个或多个)的存在，不可避免地存在大量的出岛和进岛复杂几何判断，并频繁地引发激光中断与继续的问题，从而明显影响打印路径规划的难度、缩短激光器的使用寿命。

本发明是这样实现的，一种3D打印中带岛层片区域的快速路径规划方法，该3D打印中带岛层片区域的快速路径规划方法包括：首先，使用带岛Delaunay三角化算法对多边形层片区域进行剖分，使得即由一系列三角形组成。其中，T_i为构成层片区域的一个三角形区域；其次，使用贪心策略，在初始三角形区域的基础上进行区域的凸化生长，使得带岛多边形层片区域最终由若干个凸形区域组成；最后，对每个凸形区域使用经典方法进行打印路径规划，获得全局区域的打印路径。带岛层片区域的打印路径，是由各个凸形区域的打印路径组成的复合打印路径。

除对带岛层片区域进行三角化外，该3D打印中带岛层片区域的快速路径规划方法还包括：多边形的凸化生长处理具体包括：

A、遍历凸多边形的边界(记为e＝{e_i|i＝1,2,3,...})，对每条边界e_i，进行步骤B的循环处理；

B、对多边形的边界e_i，首先判断是否存在共享e_i的多边形？若无，则跳到步骤C；若有，记共享e_i的多边形为则进行多边形的凸化生长判断，即多边形与合并后是否为凸形区域？若是，则合并(生长)，形成较大的凸多边形，并用flag标识多边形发生过生长变化；否则，跳到步骤C；

C、跳过当前边界e_i的处理，进入下一条边e_i+1的处理；

D、进行步骤B的循环处理，直到所有边界边e＝{e_i|i＝1,2,3,...}都已经进行过凸化生长测试；然后，判断flag标识是否发生过改变？若是，则将生长后的多边形作为待处理的多边形，进行下一轮处理；否则，将多边形标识为处理完成，剔除出待处理的多边形集合。

进一步，该3D打印中带岛层片区域的快速路径规划方法具体步骤包括：