[发明专利]一种螺旋轮廓偏置填充优化方法及系统

说明书

本发明涉及打印技术路径生成技术领域，公开了一种螺旋轮廓偏置填充优化方法及系统，以有效减少打印过程中的空走行程和扫描头跳转次数，保证填充的精度和外观完美，进一步提高打印速度和系统稳定性；本发明的方法包括获取待打印的三维实体的三维模型，并确定填充间距d；对三维模型进行切片分层，提取切片后需要填充的多边形轮廓顶点坐标信息；采用已有螺旋轮廓偏置算法获取三维模型的每一层在平面内的偏置填充路径；对同一层中轮廓顶点坐标信息采用正交分解原理计算出轮廓间衔接顶点的坐标，以进行填充路径优化；将优化后的路径替代原本的偏置填充路径，更新每个层的填充路径。

技术领域

本发明涉及打印技术路径生成技术领域，尤其涉及一种螺旋轮廓偏置填充优化方法及系统。

背景技术

在FDM快速成型中，对扫描路径的生成算法应着眼于减少空行程、减少挤出头材料回抽次数，另外，在扫描的过程中，常有由一条路径向另一条路径快速跳转，由于难以对挤出头进行精确的调控，跳转过程中，根据路径间的相对位置，会存在两种情况：对于不在同一个区域的路径，由于加减速等的原因，在起点和终点会出现“拔丝”现象，即产生多余的固化毛刺；对于在同一个区域中的相邻路径，跳转的距离很近，且跳转路径与轮廓重合，不会产生“拔丝”现象，但是会因次数的累积而降低整体的打印速度。

现在主要的扫描方式有：平行往返直线扫描法、偏置填充法、分形扫描法、以及分区扫描法，其中，平行往返直线扫描就是从下至上逐行填充，算法比较简单、速度快，能够适应快速原型制造“快速”的要求，对数据的处理简单且可靠。但是型腔结构的成型件，由于要频繁地跨越内轮廓，空行程太多，这一方面会出现严重的“拉丝”现象；另一方面扫描系统要频繁地在填充速度和快进速度之间变换，这样不仅会增加成型加工时间，还会加剧丝杠、轴承的磨损，产生严重的振动和噪声，有损运动机构的寿命。而且因为每条扫描线的收缩应力方向一致会使得生产的模型容易发生翘边现象。分形扫描时按分形曲线生成的扫描路径，是若干小平面嵌套而成。这种方式能使模型的切片表面更平整，材料结构更均匀而获得稳定可靠的物理性能，提高制造精度。但是会出现大量的拐角和速度之间的转化，不利于机构的稳定性和打印速度。轮廓偏置填充是通过截面轮廓的逐层扩张或内缩生成的，由于截面轮廓与填充路径呈OFFSET状排列，因而使得填充过程更符合热传递规律，从而减少“拉丝”，但在偏置曲线之间仍旧有一些不必要的空行程会影响打印速度。

因此，如何实现有效减少打印过程中的空走行程和扫描头跳转次数，保证填充的精度和外观完美，进一步提高打印速度和系统稳定性成为急需解决的问题。

发明内容

本发明目的在于提供一种能实现有效减少打印过程中的空走行程和扫描头跳转次数，保证填充的精度和外观完美，进一步提高打印速度和系统稳定性的螺旋轮廓偏置填充优化方法及系统。

为实现上述目的，本发明提供了一种螺旋轮廓偏置填充优化方法，包括以下步骤：

S1：获取待打印的三维实体的三维模型，并确定填充间距d；

S2：对所述三维模型进行切片分层，提取切片后需要填充的多边形轮廓顶点坐标信息；

S3：采用螺旋轮廓偏置算法获取所述三维模型的每一层在平面内的偏置填充路径；

S4：对同一层中所述轮廓顶点坐标信息计算出轮廓间衔接顶点的坐标，以进行填充路径优化；

S5：将优化后的路径替代原本的偏置填充路径，更新每个层的填充路径。

优选地，所述步骤S4具体包括以下步骤：

S41：根据轮廓顶点坐标计算相邻两条直线间的交点坐标；

S42：通过所述交点坐标更新所述相邻两条直线间的连接，初步形成螺旋偏置路径；

S43：根据所述螺旋偏置路径的顶点坐标计算得到标准圆弧的起点坐标和终点坐标；