[发明专利]一种基于Hilbert曲线改进的3D打印路径填充方法

说明书

一种基于Hilbert曲线改进的3D打印路径填充方法，其具体步骤如下：(1)绘制一条Hilbert曲线，将其各个控制点的坐标保存；(2)将控制点的坐标进行三次B样条曲线拟合，将拟合好的曲线进行插值光滑，将光滑后的曲线所有控制点坐标保存；(3)利用步骤(2)中所有控制点绘制优化后的Hilbert曲线，并对曲线长度进行计算，并进行3D仿真打印，计算打印时各方向电机的转向情况；(4)将使用三次B样条插值拟合Hilbert曲线的方法写入到3D打印切片软件silc3r中，使用silc3r对模型进行路径填充及切片处理，最后导出为G‑code代码，使用3D打印机进行打印。本发明减少了直角转弯的情况、降低了电机启停次数，从而得到高效的3D打印成型路径。

技术领域

本发明属于3D打印技术领域，涉及一种基于Hilbert曲线改进的3D打印路径填充方法。

背景技术

熔融沉积成型凭借着其打印速度快、工作简单等特点而成为如今3D打印中最具有生命力，发展最快的一种技术。填充时的路径规划作为3D打印中尤为重要的一部分，其对制件的精度、速度、成型件的力学性能以及耗材的使用量都有着重要的影响。在模型打印的过程中，3D打印的路径规划会直接影响到成型件的表面质量和力学性能。其主要表现在以下几个方面：①成型件的表面出现梯度效应，这不光是分层时会产生的问题，路径规划不当同样会造成这一现象的产生。在层片的最外圈轮廓处如果使用平行填充法则极易产生此现象。②成型件的力学性能较差，路径填充时在每一层中的填充率大小的不同会使成型件的力学性能也不同，每一层切片的形状不同又会导致使用相同的方法出现的填充率不同，故针对不同形状的成型件需要不同的填充路径算法。

现在已经有许多学者对填充路径进行了研究，提出了各种路径规划的方案，从成型精度、成型时间、成型力学性能等方面对打印过程进行了优化。影响成型件的质量精度的重要因素之一就是成型喷头开关的次数，如果在打印各个截面层时喷头反复的开关和挤出电机频繁的启动停止，会在成型截面上产生局部区域材料堆积或是缺失材料的现象，同时还会缩短设备喷头的使用寿命。所以在设计FDM工艺内部填充算法时要着重考虑的一点是要保证同一层轮廓截面上填充路径的连续性。

如今，也有许多将Hilbert曲线运用到切片的打印路径内，这种扫描方法的优点是可以使路径在打印区域内都是全局连续的，这样就可以减少喷头的反复启停，提高打印的效率，正因如此，近年来，全局连续的路径规划算法成为3D打印的热门话题。

但是Hilbert曲线在打印中会存在着过多的直角拐点，使打印机x，y两方向的电机交替运行且速度变化剧烈，存在着频繁的电机启停问题，大大降低了打印效率、电机的使用寿命及成型件的精度。

发明内容

本发明提供了一种基于Hilbert曲线改进的3D打印路径填充方法，减少了直角转弯的情况、降低了电机启停次数，从而得到高效的3D打印成型路径。

本发明采用的技术方案是：

一种基于Hilbert曲线改进的3D打印路径填充方法，其具体步骤如下：

(1)绘制一条Hilbert曲线，将其各个控制点的坐标保存；

(2)将控制点的坐标进行三次B样条曲线拟合，将拟合好的曲线进行插值光滑，将光滑后的曲线所有控制点坐标保存；

(3)利用步骤(2)中所有控制点绘制优化后的Hilbert曲线，并对曲线长度进行计算，并进行3D仿真打印，计算打印时各方向电机的转向情况；

(4)将使用三次B样条插值拟合Hilbert曲线的方法写入到3D打印切片软件silc3r中，使用silc3r对模型进行路径填充及切片处理，最后导出为G-code代码，使用3D打印机进行打印。

进一步，步骤(2)的三次B样条曲线拟合方法如下：

n次B样条曲线的参数表达式为：