[发明专利]一种建模与切片并行的3D打印路径生成方法

说明书

本发明涉及一种建模与切片并行的3D打印路径生成方法，包括以下步骤：1)绘制扫掠路径；2)离散化形成有序的路径点并保存各路径点坐标；3)建立向量并通过向量v_i表示P_i至P_i+1段的轴线方向；4)构建罗德里格旋转矩阵R，获得其空间旋转变化的旋转轴以及旋转角度；5)获取起始层和终止层的截面轮廓；6)求解中间层截面的点集；7)重复第6)步的计算，依次求得中间各层的截面点集；8)根据旋转公式对各层的截面点集进行平移和旋转变换，得到最终模型的空间坐标集合M；9)按照双摇篮五轴坐标与直接坐标系的对应转换，实现建模与切片并行的3D打印。与现有技术相比，本发明具有同时进行切片和建模、适用于多种模型等优点。

技术领域

本发明涉及3D打印技术领域，尤其是涉及一种建模与切片并行的3D打印路径生成方法。

背景技术

3D打印技术发展迅速并且具有广泛的应用前景，3D打印又被称作增材制造，它与传统的车、铣、刨、磨等减材制造方式不同，生产零件是从无到有将材料一点点堆积起来的，是一种“生长”式的零件建造方式，所以“建立模型”的过程和“生成打印路径”的过程应该是协同的，即在哪里建模，就在哪里打印，但是现有的3D打印方案分为建模和切片两大步骤，前者利用CAD建模软件，后者使用独立的切片软件，彼此相互独立并且存在着严格的先后顺序，即先建模后切片，切片软件只获得建模的最终轮廓，不能了解其建造顺序及设计意图，导致切片算法单一、打印成品结构性能差，基于多轴打印机的分区域多方向建造技术依然采用相互独立的建模和切片方案，但其依靠手动划分打印区域、设定建造方向，部分地解决了支撑和干涉的问题，但自动化程度不高、效率低下。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种建模与切片并行的3D打印路径生成方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种建模与切片并行的3D打印路径生成方法，包括以下步骤：

1)绘制一条光滑的空间曲线作为后续建模的扫掠路径；

2)设定取点间隔Δd，将扫掠路径曲线S按间隔Δd离散化，形成有序的共计n个离散化的路径点{P₁,P₂,…,P_n}，并保存各路径点坐标，其中，n=2^a+1，a为整数；

3)在有序的路径点坐标列表内选取相邻的路径点P_i和P_i+1，建立向量并通过向量v_i表示P_i至P_i+1段的轴线方向；

4)构建罗德里格旋转矩阵R，根据前后两向量v_i和v_i+1的向量叉积和点积获得其空间旋转变化的旋转轴k_i＝(k_x，k_y，k_z)以及旋转角度θ_i；

5)获取起始层和终止层的截面轮廓并分别将其离散化为起始层点集L₁和终止层点集L_n；

6)根据点集L₁和L_n包含的对应点，计算求解第层截面的点集L_(n+1)/2；

7)分别根据L₁和L_(n+1)/2、L_n和L_(n+1)/2的点集重复第6)步的计算，依次求得中间各层的截面点集，直至所有层数的结果均计算完毕，得到所有层的截面点集{L₁，L₂，…，L_n}；

8)根据旋转公式对各层的截面点集进行平移和旋转变换，得到最终模型的空间坐标集合M；