CN108665493A - 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。其中方法包括随机选取轮廓边界的任一点作为起始点，沿起始点开始至起始点结束按照预设方向逐一寻找轮廓边界上的点分别对应的倾斜角连续变化预设角度的所有切线或直线，并将直线或切线对应的法线记作分区边界；去除属于轮廓边界的分区边界以得到分区边界线；并将轮廓边界和分别经过该轮廓边界的两端点且均由该轮廓边界的两端点对应的两条分区边界线形成待扫描区域；对待扫描区域进行平行扫描，待扫描区域的扫描线经过由该待扫描区域的两条分区边界线形成的交点，且位于两条分区边界线之间。本发明截面轮廓切线方向与填充扫描方向夹角呈较大角度，从而提高工件侧面的成型质量。

Description

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，且提高工件的烧结质量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，包括：

获取当前待扫描截面的轮廓边界的所有点分别对应的切线及该切线的倾斜角，或者点所在的直线及该直线的倾斜角；

随机选取当前待扫描截面轮廓边界的任一点作为起始点，沿起始点开始至起始点结束按照预设方向逐一寻找轮廓边界上的点分别对应的倾斜角连续变化预设角度的所有切线或直线，并将所述直线或切线对应的法线均记作分区边界；

将获取的所有分区边界去除属于轮廓边界的分区边界以得到当前待扫描截面的分区边界线，以使分区边界线将当前待扫描截面的轮廓边界分成若干轮廓边界；并将每一轮廓边界，以及分别经过该轮廓边界的两端点且均分别由该轮廓边界的两端点对应的两条分区边界线形成一待扫描区域；

对待扫描区域进行平行扫描，所述待扫描区域的扫描线经过由该待扫描区域的两条分区边界线形成的交点，且位于该待扫描区域的两条分区边界线之间。

作为本发明的进一步优选方案，采用平行于待扫描区域的任一分区边界线的扫描线对待扫描区域进行平行扫描。

作为本发明的进一步优选方案，采用平行于由待扫描区域的两条分区边界线构成夹角的平分线的扫描线对待扫描区域进行平行扫描。

作为本发明的进一步优选方案，采用逐一方式依次对当前待扫描截面包含的待扫描区域进行扫描。

作为本发明的进一步优选方案，所述当前待扫描截面轮廓边界的所有点分别对应的切线或所在的直线在相同分辨率下获取。

作为本发明的进一步优选方案，所述倾斜角连续变化包括连续递增变化或连续递减变化。

作为本发明的进一步优选方案，当所述当前待扫描截面为三角形时，所述预设角度为60度；当所述当前待扫描截面为方形时，所述预设角度为45度；所述当前待扫描截面为圆形时，所述预设角度为30度。

作为本发明的进一步优选方案，获取当前待扫描截面轮廓边界的所有点分别对应的切线及该切线的倾斜角，或者点所在的直线及该直线的倾斜角具体包括：

当当前待扫描截面轮廓边界的点位于曲线上时，则获取该点对应的切线及该切线的倾斜角；

当当前待扫描截面轮廓边界的点位于直线上时，则获取该点所在的直线及该直线的倾斜角。

上述三维打印扫描方法，通过获取当前待扫描截面的轮廓边界的所有点分别对应的切线及该切线的倾斜角，或者点所在的直线及该直线的倾斜角；随机选取当前待扫描截面轮廓边界的任一点作为起始点，沿起始点开始至起始点结束按照预设方向逐一寻找轮廓边界上的点分别对应的倾斜角连续变化预设角度的所有切线或直线，并将所述直线或切线对应的法线均记作分区边界；将获取的所有分区边界去除属于轮廓边界的分区边界以得到当前待扫描截面的分区边界线，以使分区边界线将当前待扫描截面的轮廓边界分成若干轮廓边界；并将每一轮廓边界，以及分别经过该轮廓边界的两端点且均分别由该轮廓边界的两端点对应的两条分区边界线形成一待扫描区域；对待扫描区域进行平行扫描，所述待扫描区域的扫描线经过由该待扫描区域的两条分区边界线形成的交点，且位于该待扫描区域的两条分区边界线之间，这样不仅使得本发明的截面轮廓切线方向与填充扫描方向夹角呈较大角度，从而待打印工件的边缘材料能够得到充分地熔融，即提高了工件侧面的成型质量；而且，由于每层截面区域划分的起始分区边界选择随机，因此，保证了各层的扫描方式不重复，从而最大程度降低工件内应力，而且避免了现有技术中由于每层截面采用相同区域划分，从而多层累积而造成工件表面留下分区边界的边纹路。

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，同理可不仅使得本发明的截面轮廓切线方向与填充扫描方向夹角呈较大角度，从而待打印工件的边缘材料能够得到充分地熔融，即提高了工件侧面的成型质量；而且，由于每层截面区域划分的起始分区边界选择随机，因此，保证了各层的扫描方式不重复，从而最大程度降低工件内应力，而且避免了现有技术中由于每层截面采用相同区域划分，从而多层累积而造成工件表面留下分区边界的边纹路。

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7为本发明三维打印扫描方法提供的扫描路径图六。

具体实施方式

参考图1，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，获取当前待扫描截面轮廓边界的所有点分别对应的切线及该切线的倾斜角，或者点所在的直线及该直线的倾斜角；

该步骤S11中，由于当前待扫描截面轮廓边界可能为直线，或可能为曲线，当然也可能包括曲线和直线，因此需根据某点所位于直线或曲线上而分别获取，具体为：

当当前待扫描截面轮廓边界的点位于曲线上时，则获取该点对应的切线及该切线的倾斜角；

当当前待扫描截面轮廓边界的点位于直线上时，则获取该点所在的直线及该直线的倾斜角。

具体地，步骤S11中获取的所述当前待扫描截面轮廓边界的所有点分别对应的切线或所在的直线在相同分辨率下获取。

步骤S12，随机选取当前待扫描截面轮廓边界的任一点作为起始点，沿起始点开始至起始点结束按照预设方向逐一寻找倾斜角连续变化预设角度的所有切线或直线，并将所述直线或切线对应的法线均记作分区边界；

该步骤S12所述的随机是指系统随机选取，从而使得每层选取的起始的分区边界不固定，从而最大程度降低了工件的内应力。另外，可以理解的是，起始点由于可能位于直线或曲线上，因此当起始点位于曲线上时，则获取该点对应的法线为起始的分区边界；而当该起始点位于直线上时，则获取该点所在的直线为起始的分区边界。另外，预设方向可由设计人员预先设定，其可为顺时针或逆时针。

具体地，该步骤S13中，随机选取当前待扫描截面轮廓边界的任一点作为起始点，沿起始点开始至起始点结束是指遍布当前层截面轮廓所有点，并逐点判断其对应的切线或所在的直线的倾斜角是否满足联系预设角度，仅当满足时，该直线或切线对应的法线记作分区边界，否则则不能记作分区边界。

优选地，所述倾斜角连续变化包括连续递增变化或连续递减变化，即从起始点开始，查找下一点（第二点）对应的切线或所在的直线，当该切线或直线的倾斜角相对于起始点对应的切线或直线递增预设角度，则该切线的法线或直线为分区边界，继续查找下一点（第三点）对应的切线或所在的直线，当该切线或直线的倾斜角相对于第二点对应的切线或直线递增预设角度，则该切线的法线或直线为分区边界，以此类推，随机选取当前待扫描截面轮廓边界的任一点作为起始点，沿起始点开始至起始点结束寻找符合条件的分区边界。具体实施中，所述预设角度根据截面的不同形状可具体选取，优选地，当所述当前待扫描截面为三角形时，所述预设角度为60度；当所述当前待扫描截面为方形时，所述预设角度为45度；所述当前待扫描截面为圆形时，所述预设角度为30度，这样可使截面轮廓切线方向与填充扫描方向夹角所呈角度更大，从而使得待打印工件的边缘材料能够得到更充分地熔融，边界成型也更饱满，进而体现了更优的表面质量。

步骤S13，将获取的所有分区边界去除属于轮廓边界的分区边界以得到当前待扫描截面的分区边界线，以使分区边界线将当前待扫描截面的轮廓边界分成若干轮廓边界；并将每一轮廓边界，以及分别经过该轮廓边界的两端点且均分别由该轮廓边界的两端点对应的两条分区边界线形成一待扫描区域；即在当前待扫描截面寻找所有满足该条件的均形成待扫描区域，并将获得的所有待扫描区域均按照下述步骤进行扫描。

为了更清楚理解步骤S13，可参阅图2，三角形的三条边属于上述分区边界，但由于其属于三角形的轮廓边界，因此这三条边去除，而剩下的三角形顶点对应的法线为该三角形的分区边界线，同理也可以参阅图3-图4。另外，每条分区边界线对应一个轮廓边界上的点，也对应一条切线或直线，因此，只能在满足某一轮廓边界，以及分别经过该轮廓边界的两端点且均分别由该轮廓边界的两端点对应的两条分区边界线的条件才能形成一待扫描区域，而不能同时满足上述条件，或者仅满足其中一个或两个条件则不能形成一待扫描区域，如当某一轮廓边界，以及分别经过该轮廓边界的两端点但非轮廓边界点对应的两条分区边界线形成的区域则不属于待扫描区域。因此，图2所示的三角形总共划分为三个待扫描区域，而非六个待扫描区域。

步骤S14，对待扫描区域进行平行扫描，所述待扫描区域的扫描线经过由该待扫描区域的两条分区边界线形成的交点，且位于该待扫描区域的两条分区边界线之间。

该步骤S14中，在其中一个优选实施例中，采用平行于待扫描区域的任一分区边界线的扫描线对待扫描区域进行平行扫描，该扫描方法可以在满足截面轮廓切线方向与填充扫描方向夹角较大的前提下，尽可能地减小切片算法的运算量，从而可以适当地提高扫描速度。

在其中另一个优选实施例中，采用平行于由待扫描区域的两条分区边界线构成夹角的平分线的扫描线对待扫描区域进行平行扫描，该扫描方法以角平分线为扫描方向，可使得扫描线与截面边缘轮廓的夹角更均匀，工件打印的表面质量更佳。

具体地，采用逐一方式依次对当前待扫描截面包含的待扫描区域进行扫描，即对若干待扫描区域中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。

在此需说明的是，当前待扫描截面的轮廓边界可为一个待打印工件的STL文件上的一个完整层截面，即采用上述方案针对一个完整层截面进行扫描，但也可以根据需要将待打印工件的STL文件上的一个截面分为两个或两个以上层截面，每个层截面采用上述方案进行扫描，但预设角度可以不同，从而可以兼顾效率和精度的优点。另外，本发明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，在本发明中不做重复阐述。

在本发明的其中一个实施例，三维打印扫描方法通过采用上述技术方案，不仅使得本发明的截面轮廓切线方向与填充扫描方向夹角呈较大角度，从而待打印工件的边缘材料能够得到充分地熔融，即提高了工件侧面的成型质量；而且，由于每层截面区域划分的起始分区边界选择随机，因此，保证了各层的扫描方式不重复，从而最大程度降低工件内应力，而且避免了现有技术中由于每层截面采用相同区域划分，从而多层累积而造成工件表面留下分区边界的边纹路。

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7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，其划分为三个区域，且每个待扫描区域的扫描线平行于由待扫描区域的两条分区边界线构成夹角的平分线；图3显示的截面轮廓为正方形，其划分为四个区域，且每个待扫描区域的扫描线平行于由待扫描区域的两条分区边界线构成夹角的平分线；图4显示的截面轮廓为正方形，其划分为四个区域，且每个待扫描区域的扫描线平行于该待扫描区域的某一分区边界线；图5显示的截面轮廓为圆形，其划分为十二个区域，且每个待扫描区域的扫描线平行于由待扫描区域的两条分区边界线构成夹角的平分线；图6显示的截面轮廓为异形，其划分为若干个区域，且每个待扫描区域的扫描线平行于由待扫描区域的两条分区边界线构成夹角的平分线；图7显示的截面轮廓为异形，其划分为若干个区域，且每个待扫描区域的扫描线平行于每个待扫描区域的扫描线平行于该待扫描区域的某一分区边界线。在此需说明的是，图6和图7仅提供了部分区域的划分，未完成区域可参照该方法继续完成。

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。

在本发明的一实施例中，可读存储介质和激光扫描控制设备，由于实现了上述实施例的三维打印扫描方法，同理不仅可使得本发明的截面轮廓切线方向与填充扫描方向夹角呈较大角度，从而提高了工件侧面的成型质量；而且，由于每层截面区域划分的起始分区边界选择随机，因此，保证了各层的扫描方式不重复，从而最大程度降低工件内应力，而且避免了现有技术中由于每层截面采用相同区域划分，从而多层累积而造成工件表面留下分区边界的边纹路。

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：

获取当前待扫描截面的轮廓边界的所有点分别对应的切线及该切线的倾斜角，或者点所在的直线及该直线的倾斜角；

随机选取当前待扫描截面轮廓边界的任一点作为起始点，沿起始点开始至起始点结束按照预设方向逐一寻找轮廓边界上的点分别对应的倾斜角连续变化预设角度的所有切线或直线，并将所述直线或切线对应的法线均记作分区边界；

将获取的所有分区边界去除属于轮廓边界的分区边界以得到当前待扫描截面的分区边界线，以使分区边界线将当前待扫描截面的轮廓边界分成若干轮廓边界；并将每一轮廓边界，以及分别经过该轮廓边界的两端点且均分别由该轮廓边界的两端点对应的两条分区边界线形成一待扫描区域；

对待扫描区域进行平行扫描，所述待扫描区域的扫描线经过由该待扫描区域的两条分区边界线形成的交点，且位于该待扫描区域的两条分区边界线之间。

2.根据权利要求1所述的三维打印扫描方法，其特征在于，采用平行于待扫描区域的任一分区边界线的扫描线对待扫描区域进行平行扫描。

3.根据权利要求1所述的三维打印扫描方法，其特征在于，采用平行于由待扫描区域的两条分区边界线构成夹角的平分线的扫描线对待扫描区域进行平行扫描。

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，采用逐一方式依次对当前待扫描截面包含的待扫描区域进行扫描。

5.根据权利要求4所述的三维打印扫描方法，其特征在于，所述当前待扫描截面轮廓边界的所有点分别对应的切线或所在的直线在相同分辨率下获取。

6.根据权利要求5所述的三维打印扫描方法，其特征在于，所述倾斜角连续变化包括连续递增变化或连续递减变化。

7.根据权利要求6所述的激光扫描方法，其特征在于，当所述当前待扫描截面为三角形时，所述预设角度为60度；当所述当前待扫描截面为方形时，所述预设角度为45度；所述当前待扫描截面为圆形时，所述预设角度为30度。

8.根据权利要求7所述的三维打印扫描方法，其特征在于，获取当前待扫描截面轮廓边界的所有点分别对应的切线及该切线的倾斜角，或者点所在的直线及该直线的倾斜角具体包括：

当当前待扫描截面轮廓边界的点位于曲线上时，则获取该点对应的切线及该切线的倾斜角；

当当前待扫描截面轮廓边界的点位于直线上时，则获取该点所在的直线及该直线的倾斜角。

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。