CN108804590A - 用于激光增材制造的零件切片与支撑文件配对方法与系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于激光增材制造的零件切片与支撑文件的配对方法：在批量载入的多个层切文件中区别并归类用于描述零件和支撑件的层切文件；对每一个用于描述零件的层切文件在用于描述支撑件的层切文件类别中寻找与其文件名存在关联性的用于描述支撑件的层切文件；根据同名的零件与支撑件层切文件的最小包围盒关联性判断同名零件层切文件与支撑件层切文件是否匹配。本发明采用文件名和最底层高度区分了零件层切文件和支撑层切文件，降低了在预处理零件文件时命名错误和遗漏生成支撑所造成的激光增材加工失败的风险；通过最小包围盒的空间关系，进一步确认了支撑件与零件的配对关系，防止了多个同名零件空间叠放造成的错误配对问题的发生。

Description

用于激光增材制造的零件切片与支撑文件配对方法与系统

技术领域

本发明属于3D打印技术领域，更具体地，涉及一种用于激光增材制造的零件切片与支撑文件配对方法与系统。

背景技术

增材制造(Additive Manufacturing，AM)，又称3D打印技术，它是一种以数字零件文件为基础，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。为了防止在激光增材制造中刮板运动对加工箱体内烧结或固化的半成品的扰动而产生倾倒等问题，需要对零件文件生成支撑文件，并在对零件进行3D打印前先3D打印零件对应的支撑件，并使得支撑件与基板、支撑件与零件件之间形成较为牢固的连接。在使用第三方切片软件和支撑生成软件分别实现对零件的切片和支撑生成时，需要将零件层切文件和支撑层切文件导入到激光增材制造控制软件中。

在激光增材制造中，为了节省制造成本和提高激光增材制造效率，常常将多个较小的零件同时放入一个加工箱体内制造。当导入零件层切文件和支撑层切文件时，如果在软件界面上实现严格的零件与支撑匹配控制可能引入人工错误和人工工作量，如果直接批量导入层切文件，层切文件之间的零件与支撑匹配关系就需要重新识别。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种用于激光增材制造的零件切片与支撑文件配对方法与系统，其目的在于能够在激光增材制造的控制软件中识别批量载入的多个零件切片文件和批量载入的多个支撑文件之间的对应关系，由此解决现有技术中无法自动识别批量导入的多个零件切片文件和多个支撑文件之间的匹配关系的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种用于激光增材制造的零件切片与支撑文件的配对方法，包括：

在批量载入的多个层切文件中区别并归类用于描述零件的层切文件和用于描述支撑件的层切文件；

对每一个用于描述零件的层切文件在用于描述支撑件的层切文件类别中寻找与其文件名存在关联性的用于描述支撑件的层切文件；

验证同名的零件层切文件与支撑件层切文件的最小包围盒关联性，根据最小包围盒关联性判断同名零件层切文件与支撑件层切文件是否匹配。。

本发明的一个实施例中，所述区别并归类用于描述零件的层切文件和用于描述支撑件的层切文件，具体为：

若层切文件的文件名中包含用于标志支撑件的字符串，并且层切文件中最底层高度为0，则该层切文件为支撑件层切文件，否则该层切文件为零件层切文件；或者，

若层切文件的文件名中包含用于标志为支撑件的字符串，并且层切文件中Z轴最小值为0，则该层切文件为支撑件层切文件，否则该层切文件为零件层切文件。

本发明的一个实施例中，所述区别并归类用于描述零件的层切文件和用于描述支撑件的层切文件，具体为：若层切文件中的几何部分的轮廓线描述中存在非封闭轮廓线，则该层切文件为支撑件层切文件。

本发明的一个实施例中，所述文件名存在关联性具体为：

当用于描述零件的层切文件去除尾缀后的文件名剩余部分与用于描述支撑件的层切文件去除用于标志支撑件的字符串和尾缀后的文件名剩余部分相同，且支撑件和零件的层厚相同，则文件名存在关联性。

本发明的一个实施例中，所述验证同名的零件层切文件与支撑件层切文件的最小包围盒关联性，根据最小包围盒关联性判断同名零件层切文件与支撑件层切文件是否匹配，具体为：

打开零件层切文件与支撑件层切文件；

分别读取零件层切文件与支撑件层切文件的最小包围盒数据；

若支撑件的最小包围盒的的X轴、Y轴平面处于零件最小包围盒的X轴、Y轴平面之内，并且支撑件最小包围盒与零件最小包围盒的Z轴连接或镶嵌，则零件层切文件与支撑件层切文件匹配，否则不匹配。

本发明的一个实施例中，所述支撑件的最小包围盒的的X轴、Y轴平面处于零件最小包围盒的X轴、Y轴平面之内，具体包括：

支撑件最小包围盒X轴最小值大于零件X轴最小值，并且支撑件最小包围盒X最大值小于零件最小包围盒X最大值，

并且支撑件最小包围盒Y最小值大于零件Y最小值，并且支撑件最小包围盒Y最大值小于零件最小包围盒Y最大值。

本发明的一个实施例中，所述支撑件最小包围盒与零件最小包围盒的Z轴连接或镶嵌，具体为：

支撑件包围盒Z轴最大值大于或等于零件包围盒Z轴最小值。

按照本发明的另一方面，提供了一种用于激光增材制造的零件切片与支撑文件的配对系统，包括文件类型区分模块、同名文件匹配模块、最小包围盒匹配模块，其中：

所述文件类型区分模块，用于在批量载入的多个层切文件中区别并归类用于描述零件的层切文件和用于描述支撑件的层切文件；

所述同名文件匹配模块，用于对每一个用于描述零件的层切文件在用于描述支撑件的层切文件类别中寻找与其文件名存在关联性的用于描述支撑件的层切文件；

所述最小包围盒匹配模块，用于验证同名的零件层切文件与支撑件层切文件的最小包围盒关联性，根据最小包围盒关联性判断同名零件层切文件与支撑件层切文件是否匹配。

本发明的一个实施例中，所述文件类型区分模块区别并归类用于描述零件的层切文件和用于描述支撑件的层切文件，具体为：

若层切文件的文件名中包含用于标志支撑件的字符串，并且层切文件中最底层高度为0，则该层切文件为支撑件层切文件，否则该层切文件为零件层切文件；或者，

若层切文件的文件名中包含用于标志为支撑件的字符串，并且层切文件中Z轴最小值为0，则该层切文件为支撑件层切文件，否则该层切文件为零件层切文件。

本发明的一个实施例中，所述最小包围盒匹配模块验证同名的零件层切文件与支撑件层切文件的最小包围盒关联性，根据最小包围盒关联性判断同名零件层切文件与支撑件层切文件是否匹配，具体为：

打开零件层切文件与支撑件层切文件；

分别读取零件层切文件与支撑件层切文件的最小包围盒数据；

若支撑件的最小包围盒的的X轴、Y轴平面处于零件最小包围盒的X轴、Y轴平面之内，并且支撑件最小包围盒与零件最小包围盒的Z轴连接或镶嵌，则零件层切文件与支撑件层切文件匹配，否则不匹配。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有如下有益效果：

(1)本发明采用文件名和最底层高度区分了零件层切文件和支撑层切文件，降低了在预处理零件文件时命名错误和遗漏生成支撑所造成的激光增材加工失败的风险；

(2)本发明通过最小包围盒的空间关系，进一步确认了支撑件与零件的配对关系，防止了多个同名零件空间叠放造成的错误配对问题的发生。

附图说明

图1是本发明实施例中用于激光增材制造的零件切片文件与支撑文件的配对方法的流程示意图；

图2是本发明实施例中根据最小包围盒关联性判断同名零件层切文件与支撑件层切文件是否匹配的流程示意图；

图3是本发明实施例中用于激光增材制造的零件切片与支撑文件的配对系统的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

在3D打印中，切片处理及切片软件是极为重要的。切片的目的是要将零件以片层方式来描述。通过这种描述，无论零件多么复杂，对每一层来说却是很简单的平面。切片处理是将计算机中的几何零件变成轮廓线来表述。这些轮廓线代表了片层的边界，是用一个以Z轴正方向为法向的数学平面与零件相交计算而得的，交点的计算方法与输入的几何形状有关，计算后得到的输出数据是统一的文件格式。轮廓线是由一系列的环路来组成的，由许多点来组成一个环路。

3D零件与平面的交点的几何信息称为切片。两个平行片之间的体积被称为层。切片平面与右笛卡尔坐标系的xy平面平行。

层切文件中切片的起始高度为z的上表面层。所有图层必须按照z的升序进行排序。层的厚度由当前层和先前层的z值之间的差给出。可以通过包含具有给定z值但没有折线的“零层”来指定第一(最低)层的厚度。

在现有技术中，当导入零件层切文件和支撑层切文件时，需要在软件界面上通过人工手动操作实现严格的零件与支撑匹配控制，而这种方式需要较大的人工工作量，并且可能引入人工错误，而当前并没有很好的方案来解决这个问题。

鉴于激光增材制造的控制软件需要识别批量载入的多个零件切片文件和批量载入的多个支撑文件之间的对应关系，如图1所示，本发明提出了一种用于激光增材制造的零件切片文件与支撑文件的配对方法，包括：

S1、在批量载入的多个层切文件中区别并归类用于描述零件的层切文件和用于描述支撑件的层切文件；

例如，同时导入多个文件，其中有至少一个用于描述零件的层切文件，也有至少一个用于描述支撑件的层切文件，则可通过自动识别方案将这两种层切文件区分开来；

具体实现来说，至少有下述两种方案：

S11、若层切文件的文件名中包含用于标志支撑件的字符串，并且层切文件中最底层高度为0，则该层切文件为支撑件层切文件，否则该层切文件为零件层切文件；或者，

S12、若层切文件的文件名中包含用于标志为支撑件的字符串，并且层切文件中Z轴最小值为0，则该层切文件为支撑件层切文件，否则该层切文件为零件层切文件。

即可以通过Z轴最小值来判定，因为支撑件是激光增材制造零件中最底层的切片，所以其层切文件中最底层高度为0，或者其Z轴最小值为0。如果满足上述任何一个条件，并且文件名中也包含有用于标志为支撑件的字符串(字符串可以自定义)，则可判定该层切文件为支撑件层切文件，否则该层切文件为零件层切文件。

例如：若通用层切接口(Common Layer Interface，CLI)层切文件的文件名中包含"_s.cli"的字符串，并且CLI文件中最底层层高为0，则该CLI层切文件为用于描述支撑件的支撑文件，否则该CLI层切文件为用于描述零件的零件文件。

其中，CLI格式是欧洲共同体BRITE-EURAM快速原型技术项目提出并完善的一种层片文件接口，它是在LEAF基础上结合了许多快速成型(Rapid Prototyping，RP)工艺的具体要求而实现的。CLI格式较好地处理了每层中分层轮廓的内外环和相应的填充线表达，具有较广泛的适应性。

在激光增材制造中加工箱体的基板为水平面，Z轴指垂直于加工箱体中基板的方向，X轴、Y轴与Z轴在三维空间中互相垂直。

进一步地，作为支撑件的层切文件，轮廓线可能为非封闭的轮廓线。也就是说在层切文件中的几何部分的轮廓线描述中存在非封闭(开环)轮廓线，一定是支撑件的层切文件。

S2、对每一个用于描述零件的层切文件在用于描述支撑件的层切文件类别中寻找与其文件名存在关联性的用于描述支撑件的层切文件；

具体地，在本发明实施例中，所述文件名存在关联性是指：

当用于描述零件的层切文件去除尾缀后的文件名剩余部分与用于描述支撑件的层切文件去除用于标志支撑件的字符串和尾缀后的文件名剩余部分相同，且支撑件和零件的层厚相同，则文件名存在关联性；

在层切文件中，一般互相匹配的零件层切文件与支撑件层切文件具有相同的文件名，他们的区别在于零件层切文件中还包含有用于标志零件的尾缀，支撑件层切文件中还包含有用于标志支撑件的字符串和尾缀，这样只需要去除尾缀和标志字符串就能初步确定是否匹配。且所有支撑件和零件的层厚(分别来源于层切文件)应该完全一样。

例如：当用于描述零件的层切文件去除“.cli”尾缀后的文件名剩余部分与用于描述支撑件的层切文件去除“_s.cli”字段(该字段中s用于标志支撑件，该符号可以自定义)的文件名剩余部分相同。

本发明方法采用文件名和最底层高度区分了零件层切文件和支撑层切文件，降低了在预处理零件文件时命名错误和遗漏生成支撑所造成的激光增材加工失败的风险。

S3、验证同名的零件层切文件与支撑件层切文件的最小包围盒关联性，根据最小包围盒关联性判断同名零件层切文件与支撑件层切文件是否匹配。

进一步地，对于同名的零件层切文件与支撑件层切文件也可能不是匹配关系，还需要进一步判断其最小包围是否具有关联性。具体地如图2所示，包括：

S31、打开零件层切文件与支撑件层切文件；

S32、分别读取零件层切文件与支撑件层切文件的最小包围盒数据；

S33、若支撑件的最小包围盒的的X轴、Y轴平面处于零件最小包围盒的X轴、Y轴平面之内，并且支撑件最小包围盒与零件最小包围盒的Z轴连接或镶嵌，则零件层切文件与支撑件层切文件匹配，否则不匹配。

包围盒是一个简单的几何空间，里面包含着复杂形状的零件。为零件添加包围盒的目的是快速的进行碰撞检测或者进行精确的碰撞检测之前进行过滤(即当包围盒碰撞，才进行精确碰撞检测和处理)。

在CLI格式层切文件和SLC格式层切文件中，包围盒分别由X轴的最小值x1、最大值x2，Y轴的最小值y1、最大值y2，Z轴的最小值z1、最大值z2构成。

进一步地，“之内”是指：支撑件包围盒X轴最小值大于零件X轴最小值，并且支撑件包围盒X最大值小于零件包围盒X最大值，

并且支撑件包围盒Y最小值大于零件Y最小值，并且支撑件包围盒Y最大值小于零件包围盒Y最大值。也即在几何空间上，支撑件包围盒应该位于零件包围盒之内。

进一步地，“连接或镶嵌”是指：支撑件包围盒Z轴最大值大于或等于零件包围盒Z轴最小值。也即支撑件的上表面应该平行于或者高于零件的下表面。

本发明方法通过最小包围盒的空间关系，进一步确认了支撑件与零件的配对关系，防止了多个同名零件空间叠放造成的错误配对问题的发生。

进一步地，如图3所示，本发明还提供了一种用于激光增材制造的零件切片与支撑文件的配对系统，包括文件类型区分模块、同名文件匹配模块、最小包围盒匹配模块，其中：

所述文件类型区分模块，用于在批量载入的多个层切文件中区别并归类用于描述零件的层切文件和用于描述支撑件的层切文件；

所述同名文件匹配模块，用于对每一个用于描述零件的层切文件在用于描述支撑件的层切文件类别中寻找与其文件名存在关联性的用于描述支撑件的层切文件；

所述最小包围盒匹配模块，用于验证同名的零件层切文件与支撑件层切文件的最小包围盒关联性，根据最小包围盒关联性判断同名零件层切文件与支撑件层切文件是否匹配。

进一步地，所述文件类型区分模块区别并归类用于描述零件的层切文件和用于描述支撑件的层切文件，具体为：

若层切文件的文件名中包含用于标志支撑件的字符串，并且层切文件中最底层高度为0，则该层切文件为支撑件层切文件，否则该层切文件为零件层切文件；或者，

若层切文件的文件名中包含用于标志为支撑件的字符串，并且层切文件中Z轴最小值为0，则该层切文件为支撑件层切文件，否则该层切文件为零件层切文件。

进一步地，所述最小包围盒匹配模块验证同名的零件层切文件与支撑件层切文件的最小包围盒关联性，根据最小包围盒关联性判断同名零件层切文件与支撑件层切文件是否匹配，具体为：

打开零件层切文件与支撑件层切文件；

分别读取零件层切文件与支撑件层切文件的最小包围盒数据；

若支撑件的最小包围盒的的X轴、Y轴平面处于零件最小包围盒的X轴、Y轴平面之内，并且支撑件最小包围盒与零件最小包围盒的Z轴连接或镶嵌，则零件层切文件与支撑件层切文件匹配，否则不匹配。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于激光增材制造的零件切片与支撑文件的配对方法，其特征在于，包括：

在批量载入的多个层切文件中区别并归类用于描述零件的层切文件和用于描述支撑件的层切文件；

对每一个用于描述零件的层切文件在用于描述支撑件的层切文件类别中寻找与其文件名存在关联性的用于描述支撑件的层切文件；

验证同名的零件层切文件与支撑件层切文件的最小包围盒关联性，根据最小包围盒关联性判断同名零件层切文件与支撑件层切文件是否匹配。

2.如权利要求1所述的用于激光增材制造的零件切片与支撑文件的配对方法，其特征在于，所述区别并归类用于描述零件的层切文件和用于描述支撑件的层切文件，具体为：

若层切文件的文件名中包含用于标志支撑件的字符串，并且层切文件中最底层高度为0，且则该层切文件为支撑件层切文件，否则该层切文件为零件层切文件；或者，

若层切文件的文件名中包含用于标志为支撑件的字符串，并且层切文件中Z轴最小值为0，则该层切文件为支撑件层切文件，否则该层切文件为零件层切文件。

3.如权利要求1或2所述的用于激光增材制造的零件切片与支撑文件的配对方法，其特征在于，所述区别并归类用于描述零件的层切文件和用于描述支撑件的层切文件，具体为：

若层切文件中的几何部分的轮廓线描述中存在非封闭轮廓线，则该层切文件为支撑件层切文件。

4.如权利要求1或2所述的用于激光增材制造的零件切片与支撑文件的配对方法，其特征在于，所述文件名存在关联性具体为：

当用于描述零件的层切文件去除尾缀后的文件名剩余部分与用于描述支撑件的层切文件去除用于标志支撑件的字符串和尾缀后的文件名剩余部分相同，且支撑件和零件的层厚相同，则文件名存在关联性。

5.如权利要求1或2所述的用于激光增材制造的零件切片与支撑文件的配对方法，其特征在于，所述验证同名的零件层切文件与支撑件层切文件的最小包围盒关联性，根据最小包围盒关联性判断同名零件层切文件与支撑件层切文件是否匹配，具体为：

打开零件层切文件与支撑件层切文件；

分别读取零件层切文件与支撑件层切文件的最小包围盒数据；

若支撑件的最小包围盒的的X轴、Y轴平面处于零件最小包围盒的X轴、Y轴平面之内，并且支撑件最小包围盒与零件最小包围盒的Z轴连接或镶嵌，则零件层切文件与支撑件层切文件匹配，否则不匹配。

6.如权利要求5所述的用于激光增材制造的零件切片与支撑文件的配对方法，其特征在于，所述支撑件的最小包围盒的的X轴、Y轴平面处于零件最小包围盒的X轴、Y轴平面之内，具体包括：

支撑件最小包围盒X轴最小值大于零件X轴最小值，并且支撑件最小包围盒X最大值小于零件最小包围盒X最大值，

并且支撑件最小包围盒Y最小值大于零件Y最小值，并且支撑件最小包围盒Y最大值小于零件最小包围盒Y最大值。

7.如权利要求5所述的用于激光增材制造的零件切片与支撑文件的配对方法，其特征在于，所述支撑件最小包围盒与零件最小包围盒的Z轴连接或镶嵌，具体为：

支撑件包围盒Z轴最大值大于或等于零件包围盒Z轴最小值。

8.一种用于激光增材制造的零件切片与支撑文件的配对系统，其特征在于，包括文件类型区分模块、同名文件匹配模块和最小包围盒匹配模块，其中：

所述文件类型区分模块，用于在批量载入的多个层切文件中区别并归类用于描述零件的层切文件和用于描述支撑件的层切文件；

所述同名文件匹配模块，用于对每一个用于描述零件的层切文件在用于描述支撑件的层切文件类别中寻找与其文件名存在关联性的用于描述支撑件的层切文件；

所述最小包围盒匹配模块，用于验证同名的零件层切文件与支撑件层切文件的最小包围盒关联性，根据最小包围盒关联性判断同名零件层切文件与支撑件层切文件是否匹配。

9.如权利要求8所述的用于激光增材制造的零件切片与支撑文件的配对系统，其特征在于，所述文件类型区分模块区别并归类用于描述零件的层切文件和用于描述支撑件的层切文件，具体为：

若层切文件的文件名中包含用于标志支撑件的字符串，并且层切文件中最底层高度为0，则该层切文件为支撑件层切文件，否则该层切文件为零件层切文件；或者，

若层切文件的文件名中包含用于标志为支撑件的字符串，并且层切文件中Z轴最小值为0，则该层切文件为支撑件层切文件，否则该层切文件为零件层切文件。

10.如权利要求8或9所述的用于激光增材制造的零件切片与支撑文件的配对系统，其特征在于，所述最小包围盒匹配模块验证同名的零件层切文件与支撑件层切文件的最小包围盒关联性，根据最小包围盒关联性判断同名零件层切文件与支撑件层切文件是否匹配，具体为：

打开零件层切文件与支撑件层切文件；

分别读取零件层切文件与支撑件层切文件的最小包围盒数据；

若支撑件的最小包围盒的的X轴、Y轴平面处于零件最小包围盒的X轴、Y轴平面之内，并且支撑件最小包围盒与零件最小包围盒的Z轴连接或镶嵌，则零件层切文件与支撑件层切文件匹配，否则不匹配。