[发明专利]一种实时可变宽度的3D打印路径构造方法

说明书

本发明属于3D打印技术领域，并具体公开了一种实时可变宽度的3D打印路径构造方法。该方法包括如下步骤：构建待制造零件的三维模型；对所述三维模型进行分层，获得各层的切片；获得所述切片的中轴线和骨架线；将骨架线以中轴线为中心分为两部分，记为第一半区和第二半区；将骨架线沿中轴线的方向依次排序；分别计算第一半区、第二半区的骨架线中最大骨架线长度和最小骨架线长度，并确定第一半区、第二半区的最优路径点数；根据最优路径点数，确定各路径点的位置，然后依次将路径点连接从而生成打印路径。本发明能够减少台阶效应和空腔的出现，并且在加工过程中的空走行程更少，具有更高的加工效率。

技术领域

本发明属于3D打印技术领域，更具体地，涉及一种实时可变宽度的3D打印路径构造方法。

背景技术

3D打印(Three-dimensional printing)是增材制造技术(AdditiveManufacturing,AM)的俗称，它是一种根据三维CAD设计数据，采用离散材料逐层累加制造物体的技术。与传统的材料加工方式相比，3D打印技术将三维实体加工变为由点到线、由线到面、由面到体的离散堆积成型过程。按照传统的路径规划以及工艺上的区别，可以将3D打印分为如下几个类型：激光选区烧结(SLS)、熔融沉积成型(FDM)、立体喷印(3DP)、数字光处理成型(DLP)、分层实体制造(LOM)。近年来，发展出了一些新型的3D打印方法，例如电弧增材制造(WAAM)、激光熔覆沉积制造(LENS)、建筑3D打印等。这些新型3D打印方法与传统3D打印方法相比，区别在于可实现的路径规划不同。

针对三维实体分层后各层切片的路径规划方法是3D打印中关键技术之一。目前应用于3D打印技术的路径规划算法有：平行扫描路径、Z字形路径、轮廓偏置路径、螺旋路径、中轴变化路径等，其中应用最为广泛的是平行扫描路径和轮廓偏置路径。平行扫描路径即选取一个方向，采用有一定间隔的平行线填充整个轮廓；轮廓偏置即将原始轮廓按照一定间隔依次向内偏置，直到填充满整个轮廓，两种方法都是固定宽度的路径生成方法。当宽度选取过小时，两种方法生成的路径数量过多，影响加工效率；当宽度选取过大时，平行扫描会造成很严重的台阶效应，轮廓偏置扫描会在中心处产生空腔，导致成形质量差、力学性能不符合要求等问题。

因此，新型3D打印方法例如建筑3D打印，提出了一种新的需求，即通过激光功率的变化、激光光斑大小的变化或挤出装置喷口直径的变化实现打印过程中打印宽度的实时变化。例如专利CN201720710937.7提出了一种适用于建筑3D打印的挤出装置，可以在打印过程实时变化喷嘴直径，从而达到变宽度打印的效果，但是对于可变宽度的3D打印的路径构造方法需要作进一步研究。

发明内容

针对现有技术的上述缺点和/或改进需求，本发明提供了一种实时可变宽度的3D打印路径构造方法，其中通过获得每层切片的中轴线和骨架线，并通过计算最优路径点数生成实时可变宽度的3D打印路径，因而尤其适用于制造单连通零件的应用场合。

为实现上述目的，本发明提出了一种实时可变宽度的3D打印路径构造方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

(a)构建待制造零件的三维模型；

(b)对所述三维模型进行分层，获得各层的切片；

(c)获得所述切片的中轴线和骨架线，其中所述中轴线为与切片轮廓上不同边或边的延长线上的两个或两个以上点等距离的点集，所述骨架线为所述中轴线上某一点与其对应的切片轮廓上某一点的连线；

(d)将步骤(c)中得到的骨架线以中轴线为中心分为两部分，位于中轴线一侧的骨架线记为第一半区，位于中轴线另一侧的骨架线记为第二半区；

(e)分别将步骤(d)中获得的第一半区、第二半区的骨架线沿中轴线的方向依次排序；