[发明专利]一种“S”型贴壁填充的连续路径生成方法

说明书

本发明公开一种“S”型贴壁填充的连续路径生成方法，包括以下步骤：将STL模型输入切片软件，得到模型的切片轮廓文件；计算模型的包络盒AABB3D，设定壁厚、壁走线次数、填充密度；指定两个提升点，分别生成裁剪线段；生成剪裁矩形系列，每个剪裁矩形的四个顶点按指定顺序排列；对每一层轮廓，分别获得外壁的连续打印路径以及内壁“S”型填充路径，并将外壁与内壁路径合并；遍历每一层轮廓，连接第i层轮廓终点与第i+1层轮廓起点，获得整体打印路径规划方案。该方法实现了模型的外壁部分的连续打印方案，能够准确反映模型的特征信息，且处理效率高，能够显著减少材料使用，降低成本；方法逻辑简单，鲁棒性好。

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”S”型贴壁填充的连续路径生成方法。

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。

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，该打印方案以碳纤维聚合物作为打印原料。材料被加热后可呈熔浆状态，电机驱动挤出后，由位于挤出头的圆柱形压辊压实。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。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。

在三维打印技术中，主要包括制造工艺规划与设备制造实体零件两个关键环节。在硬件设备制造实体方面，由于该打印方法在制造原理上与挤出式三维打印机类似，通过在现有成熟三维打印成熟硬件设备上进行调整便可设计出可用于大规模三维打印的打印设备，现有市场上已有相关产品。然而，在制造工艺规划方面，仍然需要开展大量研究。

在打印过程中，为了更好利用碳纤维材料的优势，需要尽量减少跳刀过程(喷头移动不进行挤出动作)以保证碳纤维强度。同时，由于打印耗材较为昂贵，且材料性质较为优异，需要利用较少的填充使打印产品具有足够的性能。

在已公开的三维打印路径规划专利相关专利中，关于如何在有效减少跳刀过程，并以最少填充优化结构性能的讨论暂时较少。现有三维打印路径规划技术方法中存在多次跳刀，无法做到贴壁填充，导致技术方案很难在大规模3D打印技术中有效应用。

发明内容

为了解决大规模3D打印技术中的连续打印以及内壁填充问题，本发明提供一种”S”型贴壁填充的连续路径生成方法，该方法通过S型连接的方式，实现模型的贴壁填充；外壁部分通过螺旋线的规划方法，实现了外壁部分的路径规划。结合外壁及填充，本方法可以在不断刀的情况下完成整个模型的打印过程。该方法步骤明确，逻辑清晰，鲁棒性好。

本发明的目的通过如下的技术方案来实现：

一种”S”型贴壁填充的连续路径生成方法，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；

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：指定两个提升点LPT1(x1,y1)与LPT2(x2,y2)，分别生成裁剪线段C_seg1与C_seg2；

步骤四：生成剪裁矩形系列F_rect，每个剪裁矩形的四个顶点按指定顺序排列；

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“S”型填充路径，并将外壁与内壁路径合并；

其中，对于偶数层轮廓：

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；