CN106273447B - 一种用于3d打印的填充形状生成方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种用于3D打印的填充形状生成方法，其应用于3D打印的技术领域，包括：导入模型每一层的轮廓环数据；在轮廓环中生成两条以上相互平行的直线；找出在轮廓环内的线段；以两条相邻的直线组成一直线组，往复的生成填充波形；以一条已生成填充波形的直线的为基础线，判断其相邻的直线是否均已生成填充波形，如未生成，则将该基础线与该相邻的直线组成直线组，并生成新的填充波形，且两相邻的填充波形的相位相同或相反。本发明所提供的一种用于3D打印的填充形状生成方法，其增加了填充材料之间的接合面，极大的提高了产品的机械强度与抗冲击力，使得打印出来的产品更加坚固耐用。

Description

一种用于3D打印的填充形状生成方法

技术领域

本发明涉及无线控制技术领域，尤其涉及一种用于3D打印的填充形状生成方法。

背景技术

3D打印，是当今热门的一种快速成型技术，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。虽然3D打印可以降低生产成本和生产时间，但由于一个模型一般会拥有数量很大的层数，而每个层片的内部均需要通过填充的方式对整体结构进行固化和支撑，如果填充率为100％，那打印的就是实心的模型，这样既不经济也影响速度。所以，一般3D打印的时候为了节省材料和时间，其填充率均不设置为100％的。

目前，在现有技术中，其填充方式一般为直线平行扫描填充法：将STL数字模型文件进行切片处理后，生成扫描路径，根据填充密度的要求，奇数层按X轴方向扫描填充，偶数层按Y轴方向扫描填充，两层间根据填充密度要求生成正方形。此算法结构简单，扫描时间快，但奇偶层之间在X、Y方向交叉点上进行上下粘连，其使得产品的整体结构并不紧密，机械强度与抗冲击力不强，容易损坏。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种用于3D打印的填充形状生成方法，包括：

导入模型每一层的轮廓环数据，得到一个以上的轮廓环；

在一个轮廓环中，生成两条以上相互平行的直线，每两直线之间的间隔步长相等，且每根直线上均有与所述轮廓环相接的交点；

在每一条直线上，找出该直线与轮廓环上的交点，并根据相邻的交点得到在轮廓环内的线段；

以两条相邻的直线组成一直线组，在该直线组中的两条相互平行的线段之间，往复的生成填充波形，直到该填充波形与轮廓环相接为止；

以一条已生成填充波形的直线为基础线，判断其相邻的直线是否均已生成填充波形，如未生成，则将该基础线与该相邻的直线组成直线组，并生成新的填充波形，且两相邻的填充波形的相位相同或相反；如已生成，则完成填充。

进一步，所述以两条相邻的直线组成一直线组，在该直线组中的两条相互平行的线段之间，往复的生成填充波形还包括：

判断填充波形的波形形式，若为方波，以两条相邻的直线组成一直线组，在该直线组中的两条相互平行的线段之间，往复的生成方波填充波形；若为锯齿波，以两条相邻的直线组成一直线组，在该直线组中的两条相互平行的线段之间，往复的生成锯齿波填充波形。

进一步，两相邻的填充波形的相位相同或相反还包括：

当填充波形的波形形式为方波时，两相邻的填充波形的相位相同；

当填充波形的波形形式为锯齿波时，两相邻的填充波形的相位相反。

进一步，所述在该直线组中的两条相互平行的线段之间，往复的生成方波填充波形包括：

以第一条线段的第一个交点为起点P1，在该第一条线段上取一个间隔步长得到点P2，生成填充线段P1P2,再以P2点为起点，作垂直于第二条线段的垂直线，使该第二条线段的垂直线与第二条线段相交于点P3，生成填充线段P2P3，再以P3为起点，在第二条线段上取一个间隔步长得到点P4，再以P4点为起点，作垂直于第一条线段的垂直线，使该第一条线段的垂直线与第一条线段相交于点P5，生成填充线段P4P5，并将P5定义为起点P1；且在生成填充线段P1P2、P2P3、P3P4、P4P5前，判断填充线段P1P2、P2P3、P3P4、P4P5，是否与轮廓环相交，如相交，则不生成对应的线段。

进一步，所述在该直线组中的两条相互平行的线段之间，往复的生成锯齿波填充波形包括：

以第一条线段的第一个交点为起点P1’，在第一条线段上取一个间隔步长得到点P2’，作P2’到第二条线段的垂直线，该第二条线段的垂直线与第二条线段相交于点P3’，生成填充线段P1’P3’，再以P3’为基点，在第二条线段上取一个间隔步长得到点P4’，作P4’到第一条线段的垂直线，第一条线段的垂直线与第一条线段相交于P5’，连接P3’P5’，并将P5’定义为起点P1’；且在生成填充线段P1’P3’、P3’P5’前，判断填充线段P1’P3’、P3’P5’，是否与轮廓环相交，如相交，则不生成对应的线段。

进一步，所述在每一条直线上，找出该直线与轮廓环上的交点，并根据相邻的交点得到在轮廓环内的线段还包括：

记录每一条直线上在轮廓环内的线段数量。

进一步，所述以两条相邻的直线组成一直线组，在该直线组中的两条相互平行的线段之间，往复的生成填充波形，直到该填充波形与轮廓环相接为止之后包括：

判断直线组中的每条直线是否含有两条以上的线段，若含有两条以上的线段，则在当前直线组的填充波形的结束点所在的直线上，以整数倍的间隔步长搜索在该直线上的另一条线段，在搜索到另一条线段时，再次生成填充波形。

进一步，所述在一个轮廓环中，生成两条以上相互平行的直线包括：

计算轮廓环的坐标，并根据轮廓环的Y轴坐标，生成两条以上平行于X轴的直线，且轮廓环的Y轴最大值和最小值均分别与一平行于X轴的直线相切。

进一步，所述在一个轮廓环中，生成两条以上相互平行的直线，每两直线之间的间隔步长相等之前包括：

输入填充密度百分比。

进一步，所述间隔步长为：

间隔步长＝(轮廓环的Y轴最大值-轮廓环的Y轴最小值)×填充密度百分比。

本发明所提供的一种用于3D打印的填充形状生成方法，其增加了填充材料之间的接合面，极大的提高了产品的机械强度与抗冲击力，使得打印出来的产品更加坚固耐用。

附图说明

图1为本发明的一个实施例的工作流程示意图；

图2为本发明中另一个实施例的工作流程示意图；

图3为本发明中的获取交点步骤的工作原理图；

图4为本发明中的生成方波中一个步骤的工作原理图；

图5为本发明中的生成方波中另一个步骤的工作原理图；

图6为本发明中的生成锯齿波中一个步骤的工作原理图；

图7为本发明中的生成锯齿波中另一个步骤的工作原理图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细的说明。

请参阅图1、图3，本发明一个实施例提供一种用于3D打印的填充形状生成方法，包括：

101.导入轮廓环数据

导入模型每一层的轮廓环数据，得到一个以上的轮廓环C；

102.生成平行的直线

在一个轮廓环C中，生成两条以上相互平行的直线B，每两直线B之间的间隔步长D相等，且每根直线B上均有与所述轮廓环C相接的交点A；

103.获取交点

在每一条直线B上，找出该直线B与轮廓环C上的交点A，并根据相邻的交点A得到在轮廓环C内的线段；

104.生成相位相同或相反的填充波形

以两条相邻的直线组成一直线组，在该直线组中的两条相互平行的线段之间，往复的生成填充波形，直到该填充波形与轮廓环C相接为止；

以一条已生成填充波形的直线B为基础线，判断其相邻的直线B是否均已生成填充波形，如未生成，则将该基础线与该相邻的直线组成直线组，并生成新的填充波形，且两相邻的填充波形的相位相同或相反；如已生成，则完成填充。

请参阅图2、图4-图7，本发明另一个实施例提供一种用于3D打印的填充形状生成方法，包括：

201.导入轮廓环数据

导入模型每一层的轮廓环数据，得到一个以上的轮廓环；所述导入的方式包括：手动输入或电子导入；

202.输入填充密度百分比

对本次需要填充的密度百分比进行输入；

203.生成平行的直线

在一个轮廓环中，计算轮廓环的坐标，并根据轮廓环的Y轴坐标，生成两条以上平行于X轴的直线，且轮廓环的Y轴最大值和最小值均分别与一平行于X轴的直线相切，其以轮廓环的Y轴的最小点为起始点，作平行于X轴的直线Y＝a+b*n；a为外轮廓环的Y轴最小点的坐标值；b为切割轮廓环的间隔步长；n值为1、2、3....n；这个值与填充密度成反比。Y的值在外轮廓Y轴最小值和最大值之间；每两直线之间的间隔步长相等，且每根直线上均有与所述轮廓环相接的交点；

其中，间隔步长＝(轮廓环的Y轴最大值-轮廓环的Y轴最小值)×填充密度百分比。

204.获取交点

在每一条直线上，找出该直线与轮廓环上的交点，并根据相邻的交点得到在轮廓环内的线段；同时，记录每一条直线上在轮廓环内的线段数量；

205.判断填充波形

判断填充波形的波形形式，若为方波，以两条相邻的直线组成一直线组，在该直线组中的两条相互平行的线段之间，往复的生成方波填充波形；若为锯齿波，以两条相邻的直线组成一直线组，在该直线组中的两条相互平行的线段之间，往复的生成锯齿波填充波形；

206.生成方波

以第一条线段的第一个交点为起点P1，在该第一条线段上取一个间隔步长得到点P2，判断填充线段P1P2是否与轮廓环相交，如相交，则不生成填充线段P1P2，如不相交，则生成填充线段P1P2,再以P2点为起点，作垂直于第二条线段的垂直线，使该第二条线段的垂直线与第二条线段相交于点P3，判断填充线段P2P3是否与轮廓环相交，如相交，则不生成填充线段P2P3，如不相交，则生成填充线段P2P3，再以P3为起点，在第二条线段上取一个间隔步长得到点P4，判断填充线段P3P4是否与轮廓环相交，如相交，则不生成填充线段P3P4，如不相交，则生成填充线段P3P4，再以P4点为起点，作垂直于第一条线段的垂直线，使该第一条线段的垂直线与第一条线段相交于点P5，判断填充线段P4P5是否与轮廓环相交，如相交，则不生成填充线段P4P5，如不相交，则生成填充线段P4P5，并将P5定义为起点P1；重复上述流程，直到与轮廓环相交为止。

判断直线组中的每条直线是否含有两条以上的线段，若含有两条以上的线段，则在当前直线组的填充波形的结束点所在的直线上，以整数倍的间隔步长搜索在该直线上的另一条线段，在搜索到另一条线段时，将该搜索到的点定义为起点P1，再次生成填充波形。

再以一条已生成填充波形的直线的为基础线，判断其相邻的直线是否均已生成填充波形，如未生成，则将该基础线与该相邻的直线组成直线组，并生成新的填充波形，且两相邻的填充波形的相位相同；

新的填充波形的起始点P1a的定位方法，是以基础线的P1点到线段P2的垂直落点A1，如果A1在非基础线的线段上，则A1点就为非基础线的线段的起始点P1，如果不在线段上，则向前增加一个间隔步长到点A2，判断A2是否在线段上，如果在，则A2为线段起始点P1a，否则继续查找，直到到找起始点P1a为止；然后查找P2a、P3a、P4a、P5a。是其所生成的波形与基础线上的填充波形相位相同；

当所有直线上均已生成填充波形，则填充完成。

207.生成锯齿波

以第一条线段的第一个交点为起点P1’，在第一条线段上取一个间隔步长得到点P2’，作P2’到第二条线段的垂直线，该第二条线段的垂直线与第二条线段相交于点P3’，判断填充线段P1’P3’，是否与轮廓环相交，如相交，则不生成对应的线段，如不相交，则生成填充线段P1’P3’，再以P3’为基点，在第二条线段上取一个间隔步长得到点P4’，作P4’到第一条线段的垂直线，第一条线段的垂直线与第一条线段相交于P5’，判断填充线段P1’P3’，是否与轮廓环相交，如相交，则不生成对应的线段，如不相交，则生成填充线段P3’P5’，并将P5’定义为起点P1’；重复上述流程，直到与轮廓环相交为止。

判断直线组中的每条直线是否含有两条以上的线段，若含有两条以上的线段，则在当前直线组的填充波形的结束点所在的直线上，以整数倍的间隔步长搜索在该直线上的另一条线段，在搜索到另一条线段时，将该搜索到的点定义为起点P1’，再次生成填充波形。

再以一条已生成填充波形的直线的为基础线，判断其相邻的直线是否均已生成填充波形，如未生成，则将该基础线与该相邻的直线组成直线组，并生成新的填充波形，且两相邻的填充波形的相位相反；

新的填充波形的起始点P1’a的定位方法，以第一条线的第一个点P1’，在直线上取一个间隔步长的点P2’，做P2’到第二条直线的垂线，取垂直点为P3’，判断P3’是否在线段3上，如果不在，将P1’增加一个间隔步长设为P1’a点，按上面方法查找P3’点的方法，直到查找到P3’落点在线段3上面。第二，P1’a点增加间隔步长生成结束后，再以P1’a点为起点，减小间隔步长，生成填充波形；是其所生成的波形与基础线上的填充波形相位相反；

当所有直线上均已生成填充波形，则填充完成。

通过本发明用户可根据待打印模型的特点选择填充形状与填充率，填充形状可选择正方形、菱形等，大大增加了方便与实用性，提高成形效率。

以上所述，仅是本发明的实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种用于3D打印的填充形状生成方法，其特征在于，包括：

导入模型每一层的轮廓环数据，得到一个以上的轮廓环；

在一个轮廓环中，生成两条以上相互平行的直线，每两直线之间的间隔步长相等，且每根直线上均有与所述轮廓环相接的交点；

在每一条直线上，找出该直线与轮廓环上的交点，并根据相邻的交点得到在轮廓环内的线段；

以两条相邻的直线组成一直线组，在该直线组中的两条相互平行的线段之间，往复的生成填充波形，直到该填充波形与轮廓环相接为止；

以一条已生成填充波形的直线为基础线，判断其相邻的直线是否均已生成填充波形，如未生成，则将该基础线与该相邻的直线组成直线组，并生成新的填充波形，且两相邻的填充波形的相位相同或相反；如已生成，则完成填充。

2.如权利要求1所述的用于3D打印的填充形状生成方法，其特征在于，所述以两条相邻的直线组成一直线组，在该直线组中的两条相互平行的线段之间，往复的生成填充波形还包括：

判断填充波形的波形形式，若为方波，以两条相邻的直线组成一直线组，在该直线组中的两条相互平行的线段之间，往复的生成方波填充波形；若为锯齿波，以两条相邻的直线组成一直线组，在该直线组中的两条相互平行的线段之间，往复的生成锯齿波填充波形。

3.如权利要求2所述用于3D打印的填充形状生成方法，其特征在于，两相邻的填充波形的相位相同或相反还包括：

当填充波形的波形形式为方波时，两相邻的填充波形的相位相同；

当填充波形的波形形式为锯齿波时，两相邻的填充波形的相位相反。

4.如权利要求3所述用于3D打印的填充形状生成方法，其特征在于，所述在该直线组中的两条相互平行的线段之间，往复的生成方波填充波形包括：

以第一条线段的第一个交点为起点P1，在该第一条线段上取一个间隔步长得到点P2，生成填充线段P1P2,再以P2点为起点，作垂直于第二条线段的垂直线，使该第二条线段的垂直线与第二条线段相交于点P3，生成填充线段P2P3，再以P3为起点，在第二条线段上取一个间隔步长得到点P4，再以P4点为起点，作垂直于第一条线段的垂直线，使该第一条线段的垂直线与第一条线段相交于点P5，生成填充线段P4P5，并将P5定义为起点P1；且在生成填充线段P1P2、P2P3、P3P4、P4P5前，判断填充线段P1P2、P2P3、P3P4、P4P5，是否与轮廓环相交，如相交，则不生成对应的线段。

5.如权利要求3所述的用于3D打印的填充形状生成方法，其特征在于，所述在该直线组中的两条相互平行的线段之间，往复的生成锯齿波填充波形包括：

以第一条线段的第一个交点为起点P1’，在第一条线段上取一个间隔步长得到点P2’，作P2’到第二条线段的垂直线，该第二条线段的垂直线与第二条线段相交于点P3’，生成填充线段P1’P3’，再以P3’为基点，在第二条线段上取一个间隔步长得到点P4’，作P4’到第一条线段的垂直线，第一条线段的垂直线与第一条线段相交于P5’，连接P3’P5’，并将P5’定义为起点P1’；且在生成填充线段P1’P3’、P3’P5’前，判断填充线段P1’P3’、P3’P5’，是否与轮廓环相交，如相交，则不生成对应的线段。

6.如权利要求4或5所述的用于3D打印的填充形状生成方法，其特征在于，所述在每一条直线上，找出该直线与轮廓环上的交点，并根据相邻的交点得到在轮廓环内的线段还包括：

记录每一条直线上在轮廓环内的线段数量。

7.如权利要求6所述的用于3D打印的填充形状生成方法，其特征在于，所述以两条相邻的直线组成一直线组，在该直线组中的两条相互平行的线段之间，往复的生成填充波形，直到该填充波形与轮廓环相接为止之后包括：

判断直线组中的每条直线是否含有两条以上的线段，若含有两条以上的线段，则在当前直线组的填充波形的结束点所在的直线上，以整数倍的间隔步长搜索在该直线上的另一条线段，在搜索到另一条线段时，再次生成填充波形。

8.如权利要求7所述的用于3D打印的填充形状生成方法，其特征在于，所述在一个轮廓环中，生成两条以上相互平行的直线包括：

计算轮廓环的坐标，并根据轮廓环的Y轴坐标，生成两条以上平行于X轴的直线，且轮廓环的Y轴最大值和最小值均分别与一平行于X轴的直线相切。

9.如权利要求8所述的用于3D打印的填充形状生成方法，其特征在于，所述在一个轮廓环中，生成两条以上相互平行的直线，每两直线之间的间隔步长相等之前包括：

输入填充密度百分比。

10.如权利要求9所述的用于3D打印的填充形状生成方法，其特征在于，所述间隔步长为：

间隔步长＝(轮廓环的Y轴最大值-轮廓环的Y轴最小值)×填充密度百分比。