[发明专利]一种基于“回”型贴壁填充的连续路径规划方法

说明书

本发明公开一种基于“回”型贴壁填充的连续路径规划方法，包括如下步骤：(1)将STL模型输入切片软件，得到模型的切片轮廓文件；所述切片轮廓为单连通轮廓；(2)计算模型的包络盒AABB3D，设定壁厚S、壁走线次数N、填充密度D；(3)生成剪裁矩形系列Frect；(4)指定提升点LPT，生成裁剪线段Cseg；(5)对每一层轮廓，分别获得外壁的连续打印路径以及内壁回型填充路径。本发明的规划方法将模型外壁部分的路径规划和模型填充部分的路径规划组合起来，运算量小，处理效率高，同时能够显著减少材料使用，降低成本。算法逻辑简单，鲁棒性好，可以作为大规模3D打印的路径规划方法。

技术领域

本发明属于计算机辅助制造CAM(Computer aided manufacturing)技术领域，具体涉及一种基于“回”型贴壁填充的连续路径规划方法。

背景技术

随着计算机技术、材料成型技术的快速发展，三维打印技术成为了当前制造领域广泛应用的一种先进制造技术。利用分层制造的原理，三维打印技术逐层堆积材料以得到设计实现，特别适合制造具有复杂形状与拓扑的三维零件。

三维打印技术主要包含了在计算机上实施的制造工艺规划和在设备上实际制造实体零件成型两个关键技术环节，其中制造工艺规划主要包括三个步骤：第一步：针对用户输入的三维模型，用户在计算机上实现三维模型的分层切片；第二步：根据切片结果，生成精确可靠的切片轮廓；第三步：在切片轮廓内规划三维打印路径。

应用于聚合物的大规模3D打印技术是一种近年来新兴的3D打印技术，该打印方案的原材料为混合了碳纤维的聚合物。在打印过程中，该材料被加热后可呈熔浆状态，电机驱动挤出后，由设置于挤出头的圆柱形压辊压实。这种打印方式在模具制造方面具有明显的优势和较大的应用前景。

得益于碳纤维聚合物材料的应用，打印产品成型后具有优异的力学性能表现。然而，在打印过程中，跳刀过程(喷头移动不进行挤出动作)对产品成型的性能影响较大，影响成型件的表面光滑度以及机械强度。另外，完全不同于普通的FDM工艺的填充方案，受限于材料成本较高，填充方案期望利用最少的材料实现最好的强度表现。

在路径规划过程中，应该尽量避免跳刀过程。现有的路径规划方法中在进行内部填充时，填充密度大，耗材较大，无法做到贴壁填充；且在外壁的路径规划方法中存在多次跳刀，导致成型强度较低。

发明内容

为了解决大规模3D打印技术中的路径规划及内部填充问题，本发明提供一种基于“回”型贴壁填充的连续路径规划方法，该方法实现外壁部分的多圈不跳刀连续打印，在内部填充部分，利用“回”型路径，实现模型的贴壁填充。

一种基于“回”型贴壁填充的连续路径规划方法，包括以下步骤：

步骤一：将STL模型输入切片软件，得到模型的切片轮廓文件；所述切片轮廓为单连通轮廓；

步骤二：计算模型的包络盒AABB3D，设定壁厚S、壁走线次数N、填充密度D；

步骤三：生成剪裁矩形系列F_rect；

步骤四：指定提升点LPT，生成裁剪线段C_seg；

步骤五：对每一层轮廓，分别获得外壁的连续打印路径以及内壁回型填充路径；

其中，所述外壁的连续打印路径的执行步骤如下：

(1)对该轮廓进行偏置运算，获得偏置路径Spaths，并统一轮廓方向；

(2)将偏置路径Spaths中的每个轮廓与裁剪线段C_seg求交，得到与交线的交点，并将与提升点LPT最近的交点作为轮廓的起始点Pstart，进行轮廓的数据点重新排序；

(3)遍历Spaths，将第i个轮廓的终点与第i+1个轮廓的起点进行首尾的线段连接，获得外壁的连续打印路径；