[发明专利]一种打印路径规划方法、系统和3D打印机

说明书

本发明涉及一种打印路径规划方法、系统和3D打印机，首先，通过优化的改进x扫描方法对待打印形状进行分块，得到每个角度所分别对应的多个预设矩形，然后采用按照z字扫描的方式并基于最优距离原则对每个角度所分别对应的多个预设矩形进行分区处理，最后，根据预设算法优化遍历每个角度对应的每个子域的每个分区的预设矩形的路径，既能保证打印精度，又能极大缩减打印二维分层切片图像中的待打印形状的空程长度，其中，选取最低打印耗时对应的打印路径作为最优打印路径，进一步降低打印时间，提高打印效率。

技术领域

本发明涉及3D打印技术领域，尤其涉及一种打印路径规划方法、系统和3D打印机。

背景技术

近年来，快速成型(rapid prototyping，RP)即3D打印技术作为一种增材制造技术，已经广泛应用于各种模型生产和产品试验中，将物体的三维立体模型进行二维分层切片，得到多个二维分层切片图像，然后根据多个二维分层切片图像逐层累加打印形成实体模型，相比减材制造能够加工具有更为复杂结构的产品，3D打印技术经过多年的发展分化出许多不同的制造技术，其中，利用光敏树脂光聚合反应原理的光固化成型技术(Stereolithography Apparatus，SLA)最早开始研究发展，目前已经成为技术相对成熟和应用最为广泛的一种快速成型技术。具体地：

光固化成型技术通过控制特殊波段的光扫描液体光敏树脂，来使之在规定位置上发生聚合固化反应，并通过逐层叠加生成立体实物，从传统的激光按序扫描，逐渐发展到目前的面曝光和喷射成型等新型技术。其中，面曝光技术改变了光固化技术中由点到线、由线到面的成型方法，直接将激光聚焦到需要打印的整个平面进行打印，缩短了成型速度并且提高了打印精度；

面曝光技术目前主要基于数字光处理(DLP,Digital light Processing)和液晶显示器(LCD,Liquid Crystal Display)两种形式。DLP技术作为一种反射式投影技术，以数字微反射器(DMD，Digital Micromirror Device)作为光阀成像器件，利用投影镜头来放大DMD的反射镜像进行投影；而液晶LCD技术则是通过液晶的光电效应，来产生不同灰度和颜色的图像。相比起来，虽然DLP技术实现的价格较高，但它可以实现高清晰图像投影，像素结构感弱，而液晶LCD技术的关键部件显示器选择范围小且容易损耗，局限性比较大；目前面曝光大多配合DLP技术使用。

基于DLP技术的快速成型系统主要包括光学投影系统、机械系统和控制运算系统，可以采用上/下两种曝光模式，其中，采用下曝光模式的下曝光DLP打印系统的结构如图1所示，采用上曝光模式的上曝光DLP打印系统的结构如图2所示，具体地：投影系统通过投影仪将电脑计算的分层图像即二维分层切片图像投影在液槽内的光敏树脂的表面，当一层投影固化成型后，在机械运动系统的控制下，工作台会上移/下移，在新的成型表面补充树脂原料(刮板刮平)，依据主控系统即打印系统传来的新一层的分层图像即二维分层切片图像进行再次进行投影固化，重复上述步骤直至零件加工完毕。

其中，DLP技术的光学系统可依据不同的要求和机械结构形式调整为不同的形态，他们主要完成的功能都是将光源发出的光导入DMD芯片，经DMD芯片反射之后进入投影系统，DLP技术的光学系统将光导入投影系统的原理如图3所示，其中，DMD芯片由许多个方形微镜面和控制镜面偏转的电路系统构成，电路控制镜面的偏转角度从而实现光的“开关”来进行图像成像。依据图像分辨率，图像中的一个像素点可能由一个或几个光电单元共同成像即二维分层切片图像。

虽然DLP技术的图形即二维分层切片图像清晰度较高，并且基于DLP的光固化成型技术在小型件的打印上精度较高，但其无法同时满足大型打印幅面和高精度的双重要求。原因在于：