CN108648220A - 一种三维打印扫描方法、可读存储介质及三维打印扫描控制设备 - Google Patents

Abstract

一种三维打印扫描方法、可读存储介质及三维打印扫描控制设备。其中方法包括：将当前层待扫描截面实际轮廓的边界向内缩进第一预设距离形成虚拟轮廓，虚拟轮廓与实际轮廓形状相同；将实际轮廓与虚拟轮廓之间的区域形成第一扫描区域，虚拟轮廓内区域形成第二扫描区域；分别对第一、第二扫描区域进行扫描，第一扫描区域的扫描方式为：获取实际轮廓的边界上的所有点分别对应的法线，或点所在的直线对应的垂直线，并以实际轮廓的边界上的每一点分别对应的法线，或点所在的直线对应的垂直线为扫描线对第一扫描区域进行扫描。本发明的第一扫描区域采用上述扫描方式保证了本发明截面轮廓切线方向与填充方向夹角呈较大角度，从而提高了工件侧面的成型质量。

Description

一种三维打印扫描方法、可读存储介质及三维打印扫描控制 设备

技术领域

本发明涉及三维打印技术领域，特别是涉及一种三维打印扫描方法、可读存储介质及三维打印扫描控制设备。

背景技术

三维打印技术是一项具有数字化制造、高度柔性和适应性、直接CAD模型驱动、快速、材料类型丰富多样等鲜明特点的先进制造技术，由于其不受零件形状复杂程度的限制，不需要任何的工装模具，因此应用范围非常广。选区激光熔融技术（Selective LaserMelting，简称SLM）是近年来发展迅速的增材制造技术之一，其以粉末材料为原料，采用激光对三维实体的截面进行逐层扫描完成原型制造，不受零件形状复杂程度的限制，不需要任何的工装模具，应用范围广。选择性激光熔融工艺的基本过程是：送粉装置将一定量粉末送至工作台面，铺粉装置将一层粉末材料平铺在成型缸底板或已成型零件的上表面，激光振镜系统控制激光以一个近似不变的光斑大小和光束能量按照该层的截面轮廓对实心部分粉末层进行扫描，使粉末熔化并与下面已成型的部分实现粘接；当一层截面烧结完后，工作台下降一个层的厚度，铺粉装置又在上面铺上一层均匀密实的粉末，进行新一层截面的扫描烧结，经若干层扫描叠加，直至完成整个原型制造。

在现有的三维打印扫描方法中，由于一般只以单一方向扫描当前层截面，从而必然有一部分的轮廓边界和内部扫描线呈小角度，然而与内部扫描线呈小角度的轮廓边界的扫描质量相对于其它和内部扫描呈较大角度的轮廓边界的扫描质量会差很多；并且单层较单一的扫描方向也会导致一定内应力的累积，因此，现有技术的扫描方法大大影响了工件的烧结质量。

发明内容

为了解决现有技术存在的上述技术问题，本发明提供了一种减小内应力，提高工件的烧结质量，且降低扫描控制难度的三维打印扫描方法、可读存储介质及三维打印扫描控制设备。

一种三维打印扫描方法，其特征在于，包括：

将当前层待扫描截面的实际轮廓的边界向内缩进第一预设距离形成虚拟轮廓，所述虚拟轮廓与实际轮廓形状相同；

将所述实际轮廓与虚拟轮廓之间的区域形成第一扫描区域，所述虚拟轮廓内的区域形成第二扫描区域；

分别对第一扫描区域和第二扫描区域进行扫描，其中第一扫描区域的扫描方式如下：

获取实际轮廓的边界上的所有点分别对应的法线，或者点所在的直线对应的垂直线，并以实际轮廓的边界上的每一点分别对应的法线，或者点所在的直线对应的垂直线为扫描线对第一扫描区域进行扫描。

作为本发明的进一步优选方案，当当前层待扫描截面的实际轮廓包含的顶点数量为零时，以实际轮廓的边界上的每一点分别对应的法线为扫描线对第一扫描区域进行扫描。

作为本发明的进一步优选方案，所述方法还包括：

当当前层待扫描截面的实际轮廓包含的顶点数量大于或等于1时，获取实际轮廓包含的所有顶点以及虚拟轮廓包含的所有顶点，且实际轮廓的顶点与虚拟轮廓的顶点一一对应；

将实际轮廓的每一顶点，以及该顶点对应的虚拟轮廓的顶点用直线相连，该直线则为第一扫描区域的分区边界线；

获取的至少一条分区边界线将第一扫描区域分成两个或两个以上扫描区域，并对每一扫描区域以实际轮廓的边界上的每一点分别对应的法线，或者点所在的直线对应的垂直线为扫描线进行扫描。

作为本发明的进一步优选方案，所述对每一扫描区域以实际轮廓的边界上的每一点分别对应的法线，或者点所在的直线对应的垂直线为扫描线进行扫描具体包括：

当该扫描区域包含的实际轮廓的边界上的点位于曲线上时，则在实际轮廓的边界上间接第二预设距离选取若干个点，并以选取的每一点分别对应的法线为扫描线对该扫描区域进行扫描；

当该扫描区域包含的实际轮廓的边界上的点位于直线上时，则以平行于实际轮廓的边界上的每一点所在的直线对应的垂直线为扫描线对该扫描区域进行扫描。

作为本发明的进一步优选方案，每一层待扫描截面的实际轮廓的边界向内缩进的第一预设距离随机变化，以使至少两层待扫描截面的实际轮廓的边界向内缩进的第一预设距离不相同。

作为本发明的进一步优选方案，所述第二预设距离为0.1mm。

作为本发明的进一步优选方案，所述第一扫描区域和第二扫描区域同时进行扫描，或者依次进行扫描。

作为本发明的进一步优选方案，所述实际轮廓为三角形、四边形或异形多边形。

本发明还提供了一种可读存储介质，存储有计算机程序，其中，存储的计算机程序被处理器执行时实现上述任一项所述方法的步骤。

本发明还提供了一种三维打印扫描控制设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述任一项所述方法的步骤。

上述三维打印扫描方法，通过将当前层待扫描截面的实际轮廓的边界向内缩进第一预设距离形成虚拟轮廓，所述虚拟轮廓与实际轮廓形状相同；将所述实际轮廓与虚拟轮廓之间的区域形成第一扫描区域，所述虚拟轮廓内的区域形成第二扫描区域；分别对第一扫描区域和第二扫描区域进行扫描，其中第一扫描区域的扫描方式如下：获取实际轮廓的边界上的所有点分别对应的法线，或者点所在的直线对应的垂直线，并以实际轮廓的边界上的每一点分别对应的法线，或者点所在的直线对应的垂直线为扫描线对第一扫描区域进行扫描。这样使得通过将扫描截面分为第一扫描区域和第二扫描区域，第一扫描区域采用上述扫描方式保证了本发明截面轮廓切线方向与填充方向夹角呈较大角度，减小了内应力，从而提高了工件侧面的成型质量；而且，由于第二扫描区域的扫描方式不做限定，从而在保证工件打印质量的前提下，降低了扫描的控制难度。

一种可读存储介质，存储有计算机程序，存储的计算机程序被处理器执行时实现上述三维打印扫描方法的步骤。

一种激光扫描控制设备，存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述三维打印扫描方法的步骤。

上述可读存储介质和激光扫描控制设备，由于实现了上述三维打印扫描方法，同理可使得通过将扫描截面分为第一扫描区域和第二扫描区域，第一扫描区域采用上述扫描方式保证了本发明截面轮廓切线方向与填充方向夹角呈较大角度，减小了内应力，从而提高了工件侧面的成型质量；而且，由于第二扫描区域的扫描方式不做限定，从而在保证工件打印质量的前提下，降低了扫描的控制难度。

附图说明

图1为本发明一实施例中三维打印扫描方法的流程图；

图2为本发明三维打印扫描方法提供的扫描路径图一；

图3为本发明三维打印扫描方法提供的扫描路径图二；

图4为本发明三维打印扫描方法提供的扫描路径图三；

图5为本发明三维打印扫描方法提供的扫描路径图四；

图6为本发明三维打印扫描方法提供的扫描路径图五。

图中标记说明：

1、实际轮廓，2、虚拟轮廓，3、第一扫描区域，4、第二扫描区域，5、分区边界线，6、顶点。

具体实施方式

参阅图1-图6，在其中一个实施例中，提供一种三维打印扫描方法，包括如下步骤：

步骤S11，将当前层待扫描截面的实际轮廓1的边界向内缩进第一预设距离形成虚拟轮廓2，所述虚拟轮廓2与实际轮廓1形状相同；

该步骤S11中，所述虚拟轮廓2与实际轮廓1形状相同包括虚拟轮廓2和实际轮廓1形状的完全相同，当然也包括虚拟轮廓2和实际轮廓1形状的近似相同，当然该近似程度需要达到预先设定值，如近似程度大于或等于85%；而且，虚拟轮廓2的面积小于实际轮廓1的面积，且虚拟轮廓2包含在实际轮廓1内。另外，所述预设距离可由设计人员根据需要具体设定，如其可根据截面的面积大小以及其它参数合理确定，在此不做详细阐述。

步骤S12，将所述实际轮廓1与虚拟轮廓2之间的区域形成第一扫描区域3，所述虚拟轮廓2内的区域形成第二扫描区域4；

步骤S13，分别对第一扫描区域3和第二扫描区域4进行扫描，其中第一扫描区域3的扫描方式如下：

获取实际轮廓1的边界上的所有点分别对应的法线，或者点所在的直线对应的垂直线，并以实际轮廓1的边界上的每一点分别对应的法线，或者点所在的直线对应的垂直线为扫描线对第一扫描区域3进行扫描。

其中，上述第一扫描区域3根据不同情况具体包括以下扫描方式：

如图4和图5所示，当当前层待扫描截面的实际轮廓1包含的顶点6数量为零时，此时第一扫描区域3不需要分区，即为一个扫描区域，并以实际轮廓1的边界上的每一点分别对应的法线为扫描线对第一扫描区域3进行扫描。具体地，由于实际轮廓1的边界上的点可为连续的或离散的，在本发明中应选离散的若干点，且优选地，在实际轮廓1的边界上间接第二预设距离选取若干个点，并以选取的每一点分别对应的法线为扫描线对该扫描区域进行扫描。当然，第二预设距离可由设计人员具体设定，如可根据光斑大小确定第二预设距离从而确定扫描线的间距，如其可为0.1mm。

作为本发明第一扫描区域3的另一种描述方式，其包括以下步骤：

步骤131，如图2、图3和图6所示，当当前层待扫描截面的实际轮廓1包含的顶点6数量大于或等于1时，获取实际轮廓1包含的所有顶点6以及虚拟轮廓2包含的所有顶点6，且实际轮廓1的顶点6与虚拟轮廓2的顶点6一一对应；

步骤132，将实际轮廓1的每一顶点6，以及该顶点6对应的虚拟轮廓2的顶点6用直线相连，该直线则为第一扫描区域3的分区边界线5；

步骤133，获取的至少一条分区边界线5将第一扫描区域3分成两个或两个以上扫描区域，并对每一扫描区域以实际轮廓1的边界上的每一点分别对应的法线，或者点所在的直线对应的垂直线为扫描线进行扫描。

该步骤133中所述对每一扫描区域以实际轮廓1的边界上的每一点分别对应的法线，或者点所在的直线对应的垂直线为扫描线进行扫描具体包括：

如图4、图5和图6所示，当该扫描区域包含的实际轮廓1的边界上的点位于曲线上时，则在实际轮廓1的边界上间接第二预设距离选取若干个点，并以选取的每一点分别对应的法线为扫描线对该扫描区域进行扫描；第二预设距离可由设计人员具体设定，如可根据光斑大小确定第二预设距离从而确定扫描线的间距，如其可为0.15mm。

如图2、图3和图6所示，当该扫描区域包含的实际轮廓1的边界上的点位于直线上时，则以平行于实际轮廓1的边界上的每一点所在的直线对应的垂直线为扫描线对该扫描区域进行扫描。所示该扫描区域的扫描线之间的距离可由设计人员具体设定，如可根据光斑大小确定，如其可为0.1mm或0.15mm。

具体地，上述步骤133中被划分的多个扫描区域中采用逐一方式依次进行扫描，即扫描完一个后接着扫描另一个，以此类推，当然，也可以采用其它扫描方式，在此不做一一例举。

上述步骤S13中，所述第一扫描区域3和第二扫描区域4的扫描顺序不做限制，即可以对第一扫描区域3和第二扫描区域4采用同时扫描，或者依次进行扫描，如先对第一扫描区域3进行扫描，再对第二扫描区域4进行扫描，或者先对第二扫描区域4进行扫描，再对第一扫描区域3进行扫描。而且，本发明对第二扫描区域4的扫描方式不做限定，其可以采用现有技术的任一种扫描方式，如条形扫描、蜂窝扫描等等，在此不做一一例举。

在此需说明的，本发明得上述实施例仅以某一层截面为例详细阐述了本发明的三维打印方法，但在此需说明的是，待打印工件的STL文件的所有层均可参照上述方法执行。优选地，每一层待扫描截面的实际轮廓1的边界向内缩进的第一预设距离随机变化，以使至少两层待扫描截面的实际轮廓1的边界向内缩进的第一预设距离不相同，这样保证了各层的扫描方式不完全相同，从而最大程度降低工件内应力的累积，即避免了多层累积而造成工件表面留下分区边界的边纹路。

本发明全文中的法线是指垂直于曲线在某点的切线的一条线，具体可参加图4、图5和图6。

为了让本领域的技术人员更好地理解并实现本发明的技术方案，下面以图2-图6为例具体阐述本发明的不同扫描路径。

图2显示的截面轮廓为三角形，其第一扫描区域3划分为三个扫描区域，包括三个顶点6，且每个扫描区域的扫描线平行于实际轮廓1的边界上的每一点所在的直线对应的垂直线，其第二扫描区域4的扫描方式不做限定，在图中未示出；图3显示的截面轮廓为正方形，其第一扫描区域3划分为四个扫描区域，包括四个顶点6，且每个扫描区域的扫描线平行于实际轮廓1的边界上的每一点所在的直线对应的垂直线，其第二扫描区域4的扫描方式不做限定，在图中未示出；图4显示的截面轮廓为圆形，其第一扫描区域3为一个扫描区域，且该扫描区域的扫描线为实际轮廓1的边界上的每一点分别对应的法线，其第二扫描区域4的扫描方式不做限定，在图中未示出；图5显示的截面轮廓为异形，其第一扫描区域3为一个扫描区域，且该扫描区域的扫描线为实际轮廓1的边界上的每一点分别对应的法线，其第二扫描区域4的扫描方式不做限定，在图中未示出；图6显示的截面轮廓也为异形，其包括直线和曲线构成，其第一扫描区域3划分为三个扫描区域（包括两个直线围成区域和一个弧线围成区域），且直线围成区域的扫描线平行于实际轮廓1的边界上的每一点所在的直线对应的垂直线，而弧形围成区域的扫描线为实际轮廓1的边界上的每一点分别对应的法线，另外，图6中的第二扫描区域4采用平行扫描方式进行扫描。

具体地，所述实际轮廓可为三角形、四边形或异形多边形，如图2-图6所示，当然，随着待打印工件的不同形状，其还可以为其它任何形状，在此不做一一例举。

本发明还提供了一种可读存储介质，存储有计算机程序，存储的计算机程序被处理器执行时实现上述三维打印扫描方法的步骤。

本发明还提供了一种激光扫描控制设备，存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述三维打印扫描方法的步骤。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种三维打印扫描方法，其特征在于，包括：

将当前层待扫描截面的实际轮廓的边界向内缩进第一预设距离形成虚拟轮廓，所述虚拟轮廓与实际轮廓形状相同；

将所述实际轮廓与虚拟轮廓之间的区域形成第一扫描区域，所述虚拟轮廓内的区域形成第二扫描区域；

分别对第一扫描区域和第二扫描区域进行扫描，其中第一扫描区域的扫描方式如下：

获取实际轮廓的边界上的所有点分别对应的法线，或者点所在的直线对应的垂直线，并以实际轮廓的边界上的每一点分别对应的法线，或者点所在的直线对应的垂直线为扫描线对第一扫描区域进行扫描。

2.根据权利要求1所述的三维打印扫描方法，其特征在于，当当前层待扫描截面的实际轮廓包含的顶点数量为零时，以实际轮廓的边界上的每一点分别对应的法线为扫描线对第一扫描区域进行扫描。

3.根据权利要求2所述的三维打印扫描方法，其特征在于，所述方法还包括：

当当前层待扫描截面的实际轮廓包含的顶点数量大于或等于1时，获取实际轮廓包含的所有顶点以及虚拟轮廓包含的所有顶点，且实际轮廓的顶点与虚拟轮廓的顶点一一对应；

将实际轮廓的每一顶点，以及该顶点对应的虚拟轮廓的顶点用直线相连，该直线则为第一扫描区域的分区边界线；

获取的至少一条分区边界线将第一扫描区域分成两个或两个以上扫描区域，并对每一扫描区域以实际轮廓的边界上的每一点分别对应的法线，或者点所在的直线对应的垂直线为扫描线进行扫描。

4.根据权利要求1至3任一项所述的三维打印扫描方法，其特征在于，所述对每一扫描区域以实际轮廓的边界上的每一点分别对应的法线，或者点所在的直线对应的垂直线为扫描线进行扫描具体包括：

当该扫描区域包含的实际轮廓的边界上的点位于曲线上时，则在实际轮廓的边界上间接第二预设距离选取若干个点，并以选取的每一点分别对应的法线为扫描线对该扫描区域进行扫描；

当该扫描区域包含的实际轮廓的边界上的点位于直线上时，则以平行于实际轮廓的边界上的每一点所在的直线对应的垂直线为扫描线对该扫描区域进行扫描。

5.根据权利要求4所述的三维打印扫描方法，其特征在于，每一层待扫描截面的实际轮廓的边界向内缩进的第一预设距离随机变化，以使至少两层待扫描截面的实际轮廓的边界向内缩进的第一预设距离不相同。

6.根据权利要求5所述的三维打印扫描方法，其特征在于，所述第二预设距离为0.1mm。

7.根据权利要求6所述的激光扫描方法，其特征在于，所述第一扫描区域和第二扫描区域同时进行扫描，或者依次进行扫描。

8.根据权利要求7所述的三维打印扫描方法，其特征在于，所述实际轮廓为三角形、四边形或异形多边形。

9.一种可读存储介质，存储有计算机程序，其特征在于，存储的计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-8中任一项所述方法的步骤。

10.一种三维打印扫描控制设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1-8任一项所述方法的步骤。