CN107471628A - 一种打印多彩模型的3d打印方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种打印多彩模型的3D打印方法，包括如下步骤：S1，导入待打印产品的三维模型文件，显示待打印实体模型；S2，对上述待打印实体模型进行分层切片处理，并生成轮廓路径和填充路径；S3，根据用户需求，在模型表面进行绘制，绘制范围内为变色范围，并将该范围内的轮廓路径进行标记；S4，将标记范围以及未标记范围的轮廓路径与相应颜色的丝料驱动装置进行匹配，生成G代码文件；S5，打印出多彩3D模型。本发明对模型的上色处理过程简单，并且对文件无需特别处理，常规STL模型文件就适用。
Description
技术领域
本发明属于3D打印技术领域，尤其涉及一种打印多彩模型的3D打印方法。
背景技术
三维打印的技术原理是将三维模型分层切片，根据每层轮廓信息制定打印轨迹，自下而上，累积成型。
目前，如想打印多色三维模型，一般通过如下三种方法进行实现：
(一)需由多个送丝系统组成多个单色挤出头，每个挤出头配置特定颜色的丝料，打印时需至少两个互相补充的模型文件，颜色1部分保存为一实体，颜色2部分保存为一实体，在切片时，分别对不同的实体单独切片，生成两组路径代码，打印时，由配有颜色1丝料的挤出头打印颜色1实体生成的代码路径，由配有颜色2丝料的挤出头打印颜色2实体生成的代码路径，以此类推，打印完成后实体，为两次打印拼接而成。但是这种做法建模困难，一个模型需要两次建模完成，同时还要保证两次建模形状恰好拼接在一起；打印出实体，两种颜色变换不直接，因为是由两次独立的挤出打印完成，在两次打印路径的拼接位置会出现裂缝和毛边等不平顺不一致的情况，成型效果差。
(二)打印头设多个进丝口和一个出丝口，不同颜色的丝料在打印头内融化混合，在共同出丝口挤出，模型文件在切片软件或打印机中设置不同高度下的两种颜色丝料的比例关系，连续打印成型。但是由于原理限制只能在竖直方向上体现出颜色变化，水平方向仍为单一颜色。此外，本发方法也可使用(一)的建模设计方式，虽然不存在不同颜色打印的拼接问题，但建模困难资源有限的问题仍然无法解决。
(三)预混合丝料打印，由打印过程逆向计算颜色排序，加热融化有色丝料，再拉丝成固态丝料，以供打印使用。但该方法成本高，技术要求高，运算量大，难以普及。
对上述三种方法进行总结，其包括如下问题：建模困难，资源少，成型质量差，配色形式单一，难以推广等。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明提出一种打印多彩模型的3D打印方法，包括如下步骤：
S1，导入待打印产品的三维模型文件，显示待打印实体模型；
S2，对上述待打印实体模型进行分层切片处理，并生成轮廓路径和填充路径；
S3，根据用户需求，在模型表面进行绘制，绘制范围内为变色范围，并将该范围内的轮廓路径进行标记；
S4，将标记范围以及未标记范围的轮廓路径与相应颜色的丝料驱动装置进行匹配，生成G代码文件；
S5，打印出多彩3D模型。
进一步的，所述步骤S3包括如下步骤：
S31，在模型表面绘制，计算绘制范围的边界线和轮廓路径的交点以确定变色区域，将区域内轮廓路径标记；
S32，筛选交点，将保留下来的交点作为变色节点。
进一步的，所述步骤S32筛选交点包括：删除绘制范围的边界线与轮廓路径线相切的切点，以及删除生成相同标记范围内部的交点。
进一步的，交点坐标的计算方法：所述轮廓路径由多条线段组成，每条线段的起点坐标为(a1，b1，c1)，终点坐标为(a2，b2，c2)，上一线段的终点为下一线段的起点；绘制的边界线也由多条线段组成，每条线段的起点坐标为(A1，B1，C1)，终点坐标为(A2，B2，C2)，上一线段的终点为下一线段的起点；通过如下公式算出交点坐标(X’，Y’，Z’)，
进一步的，所述步骤S4中还包括计算换料节点的步骤，所述换料节点为打印机打印过程中更换颜色丝料的位置。
进一步的，计算换料节点的步骤具体如下：所有的变色节点P通过如下方式计算换料节点，将路径累加长度Ln与变色提前量V进行比较，如Ln﹤V﹤Ln-1，则确定换料节点位于路径n-1上，计算L’＝V-Ln，则距离路径n起点距离为L’，且位于路径n-1上的点即为换料节点Q；
计算：
ln＝((an2-an1)2+(bn2-bn1)2+(bn2-bn1)2)1/2
Ln＝ln+ln+1+ln+2+ln+3+….+lp,lp为以点P为终点的路径长度
L’＝V-Ln
L’＝((an2-X)2+(bn2-Y)2+(bn2-Z)2)1/2，假设点Q(X,Y,Z)
得到换料节点Q(X,Y,Z)；其中V为变色提前量。
进一步的，所述步骤S2还包括如下步骤：判断是否需要添加支撑面，如是，则根据需添加支撑的支撑区域生成支撑路径。
进一步的，打印时，填充路径循环使用不同颜色的丝料，以均衡每种颜色丝料的耗用速度。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1.本发明可根据用户需求在模型表面任意做标记，不仅使得打印模型进行纵向颜色的改变，也可实现模型横向颜色的变化，以致使得模型呈现出多彩的状态，素材可实现无限制配色方案，个性化十足。
2.本发明对模型的上色过程简单，并且对文件无需特别处理，常规STL模型文件就适用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明方法的流程图。
图2为初始轮廓线；所述上色过程中的变色节点就在这些路径上进行标记，范围内设定为所需颜色。
图3为轮廓路径，其中灰色部分100为选定的边界线，该区域内的线条进行标记，该区域外的线条未进行标记。
具体实施方式
本发明提出一种打印多彩模型的3D打印方法，包括如下步骤：
S1，导入待打印产品的三维模型文件，显示待打印实体模型；
S2，对上述待打印实体模型进行分层切片处理，并生成轮廓路径和填充路径；
S3，根据用户需求，在模型表面进行绘制，绘制范围内为变色范围，并将该范围内的轮廓路径进行标记；
S4，将标记范围以及未标记范围的轮廓路径与相应颜色的丝料驱动装置进行匹配，生成G代码文件；
S5，打印出多彩3D模型。
本发明可根据用户需求在模型表面任意做标记，不仅使得打印模型进行纵向颜色的改变，也可实现模型横向颜色的变化，以致使得模型呈现出多彩的状态，素材可实现无限制配色方案，个性化十足。本发明对模型的上色过程简单，并且对文件无需特别处理，常规STL模型文件就适用。
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1，
S1，将Stl文件导入软件，显示实体模型；
S2，在Z轴方向上，对实体模型进行切片，每一个单位高度为一片，最终将完整实体转变成许多薄片堆叠成的近似实体，对每个分层片标记轮廓、填充、顶面以及底面等特征信息，生成轮廓路径以及填充路径；判断是否需要添加支撑面，如是，则根据需添加支撑的支撑区域生成支撑路径。
本实施例中，判断是否添加支撑面通过如下步骤实现：模型向底面投影，筛选出悬垂面，计算每个面的倾斜角度和跨越长度，若超出设定临界值，则标记为需支撑面。
S3，根据用户需求，在模型表面进行绘制，绘制范围内为变色范围，并将该范围内的轮廓路径进行标记；
具体包括如下步骤：
S31，根据用户需求，在模型表面绘制，计算绘制范围的边界线和轮廓路径的交点，绘制范围内为变色范围，并将该范围的轮廓路径进行标记；
其中计算交点的具体步骤为：
所述路径由多条线段组成，每条线段的起点坐标为(a1，b1，c1)，终点坐标为(a2，b2，c2)，上一线段的终点为下一线段的起点；绘制的边界线也由多条线段组成，每条线段的起点坐标为(A1，B1，C1)，终点坐标为(A2，B2，C2)，上一线段的终点为下一线段的起点；通过如下公式算出交点坐标P(X’，Y’，Z’)，
线段被分割成两段：(a1，b1，c1)→(X’，Y’，Z’)&(X’，Y’，Z’)→(a2，b2，c2)。
S32，筛选交点，将保留下来的交点作为变色节点，将其标记为P1，P2，P3等；筛选交点包括：删除绘制范围的边界线与轮廓路径线相切的切点，以及删除生成相同标记范围内部的交点。
S4，将标记范围以及未标记范围的轮廓路径与相应颜色丝料的送丝电机进行匹配，生成G代码文件；
由于变色节点为模型的变色位置，仅为视觉颜色范围，但是对于不同的打印机配件性能不同，会使得代码控制变色到挤出丝料变色具有延迟，为了弥补这部分延迟，本发明在该步骤中设置变色提前量V，以此计算换料节点。变色提前量为代码控制变色到挤出丝料变色的延迟，该值为定长度数值。换料节点为打印机打印过程中更换送丝颜色料的位置，代码转换以换料节点为基础。如无延迟，换料节点即为变色节点。
换料节点的计算：
所有的变色节点P均需计算换料节点，由一变色节点起，将路径累加长度Ln与变色提前量V进行比较，如Ln﹤V﹤Ln-1，则确定换料节点位于路径n-1上，计算L’＝V-Ln，则距离路径n起点距离为L’，且位于路径n-1上的点即为换料节点Q；
计算：
ln＝((an2-an1)2+(bn2-bn1)2+(bn2-bn1)2)1/2
Ln＝ln+ln+1+ln+2+ln+3+….+lp,lp为以点P为终点的路径长度
L’＝V-Ln
L’＝((an2-X)2+(bn2-Y)2+(bn2-Z)2)1/2，假设点Q(X,Y,Z)
得到换料节点Q(X,Y,Z)。
路径n-1被分割两段(an-1，bn-1，cn-1)→(X，Y，Z)&(X，Y，Z)→(an-2，bn-2，cn-2)
V值根据设备差异设定，也可以为0。
角标n表示线段序号，1表示线段n上的起点坐标，2表示线段n上的终点坐标。
S5，打印出多彩3D模型。
为了保证用户的使用体验感，本发明在生成G代码后，可对生成的模型进行预览，预览显示打印效果。
本发明中对轮廓路径进行标记时，可对打印出的模型上显示相同颜色的区域进行统一符号的标记，该符号可以为数字，字母，几何形状，或者颜色等等。如用颜色对变色范围内的轮廓路径进行标记，可以选择与想应用的丝料颜色一致的颜色，这样一来，利用颜色对应的方式，不易产生混淆，更有利于用户进行标记予以区分。本发明选择标定颜色的方式对轮廓路径进行标记。
此外，打印时，填充路径循环使用不同颜色的丝料，以均衡每种颜色丝料的耗用速度。
实施例2，
下面对步骤S3中的绘制过程，以及给轮廓路径利用颜色标记的过程进行说明。
绘制方法一：
鼠标指针变为圆形画笔(类似于画图软件的画笔，可设定画笔直径)在模型表面进行涂色，被覆盖路径做颜色标记，可设定画笔颜色，可多次涂色，覆盖部分以最后一次为准，相同颜色部分整合一个完整区域，将该完整区域边界线与模型轮廓路径交点作为变色节点。
当筛选交点时，多次涂色后，生成的相同颜色区域内部的节点将其删除；颜色边界线与模型轮廓路径线相切，生成一个交点，将其删除。
绘制方法二、
画笔为点，在模型表面绘制线条，以确定颜色区域，区域闭合。绘制线与模型轮廓路径交点为变色节点，闭合范围内路径标记为指定颜色。
实施例3，下面以两种颜色丝料更换过程进行举例说明
E1为输送白色丝料的送丝装置，E2为为输送黑色丝料的送丝装置；
E1 0 E2 0(初始，各挤出头数值均为0)
E1 0.56 E2 0(E1由0变为0.56mm，即由E1挤出丝料；E2数值不变，则无挤出动作)。
E1 0.56E2 0.23(E1数值不变，E1无挤出；E2则由0变为0.23，即由E2挤出0.23长度)。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。
Claims (8)
1.一种打印多彩模型的3D打印方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1，导入待打印产品的三维模型文件，显示待打印实体模型；
S2，对上述待打印实体模型进行分层切片处理，并生成轮廓路径和填充路径；
S3，根据用户需求，在模型表面进行绘制，绘制范围内为变色范围，并将该范围内的轮廓路径进行标记；
S4，将标记范围以及未标记范围的轮廓路径与相应颜色的丝料驱动装置进行匹配，生成G代码文件；
S5，打印出多彩3D模型。
2.根据权利要求1所述的一种打印多彩模型的3D打印方法，其特征在于，所述步骤S3包括如下步骤：
S31，在模型表面绘制，计算绘制范围的边界线和轮廓路径的交点，以确定变色区域，将区域内轮廓路径标记；
S32，筛选交点，将保留下来的交点作为变色节点。
3.根据权利要求2所述的一种打印多彩模型的3D打印方法，其特征在于，所述步骤S32筛选交点包括：删除绘制范围的边界线与轮廓路径线相切的切点，以及删除生成相同标记范围内部的交点。
4.根据权利要求3所述的一种打印多彩模型的3D打印方法，其特征在于，交点坐标的计算方法：所述轮廓路径由多条线段组成，每条线段的起点坐标为(a1，b1，c1)，终点坐标为(a2，b2，c2)，上一线段的终点为下一线段的起点；绘制的边界线也由多条线段组成，每条线段的起点坐标为(A1，B1，C1)，终点坐标为(A2，B2，C2)，上一线段的终点为下一线段的起点；通过如下公式算出交点坐标(X’，Y’，Z’)，
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5.根据权利要求4所述的一种打印多彩模型的3D打印方法，其特征在于，所述步骤S4中还包括计算换料节点的步骤，所述换料节点为打印机打印过程中更换颜色丝料的位置。
6.根据权利要求5所述的一种打印多彩模型的3D打印方法，其特征在于，计算换料节点的步骤具体如下：所有的变色节点P需通过如下的方式计算换料节点，将路径累加长度Ln与变色提前量V进行比较，如Ln﹤V﹤Ln-1，则确定换料节点位于路径n-1上，计算L’＝V-Ln，则距离路径n起点距离为L’，且位于路径n-1上的点即为换料节点Q；
计算：
ln＝((an2-an1)2+(bn2-bn1)2+(bn2-bn1)2)1/2
Ln＝ln+ln+1+ln+2+ln+3+….+lp,lp为以点P为终点的路径长度
L’＝V-Ln
L’＝((an2-X)2+(bn2-Y)2+(bn2-Z)2)1/2，假设点Q(X,Y,Z)
得到换料节点Q(X,Y,Z)；其中V为变色提前量。
7.根据权利要求1所述的一种打印多彩模型的3D打印方法，其特征在于，所述步骤S2还包括如下步骤：判断是否需要添加支撑面，如是，则根据需添加支撑的支撑区域生成支撑路径。
8.根据权利要求1所述的一种打印多彩模型的3D打印方法，其特征在于，打印时，填充路径循环使用不同颜色的丝料，以均衡每种颜色丝料的耗用速度。
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