CN109719952B

CN109719952B - 一种阵列喷头喷墨打印的快速切片处理方法

Info

Publication number: CN109719952B
Application number: CN201910046690.7A
Authority: CN
Inventors: 黄进; 袁鹏飞; 王建军; 南金政; 赵鹏兵
Original assignee: Xidian University
Current assignee: Xidian University
Priority date: 2019-01-18
Filing date: 2019-01-18
Publication date: 2021-07-13
Anticipated expiration: 2039-01-18
Also published as: CN109719952A

Abstract

本发明属于三维打印技术领域，公开了一种阵列喷头喷墨打印的快速切片处理方法，包括：在计算机中将模型导出为AMF格式，进行数据处理把AMF格式的数据保存到数组中；根据打印层厚以及打印喷头的移动方向，划分空间直线；求出模型与直线的交点，存到数组中；每次取出数组中的两个数据，根据两个点的距离以及打印喷头的分辨率，确定两点之间填充多少个01数据，得到了打印喷头的控制代码；喷头沿运动方向匀速运动，读取数据，如果为0则不喷，如果为1则喷。本发明可以有效提高精度并且减少了前期模型和后期数据处理的时间；将极大的降低打印所花费的时间。

Description

一种阵列喷头喷墨打印的快速切片处理方法

技术领域

本发明属于三维打印技术领域，尤其涉及一种阵列喷头喷墨打印的快速切片处理方法。

背景技术

目前，业内常用的现有技术是这样的：三维打印技术是以计算机三维模型为蓝本，通过软件分层离散和数控成型系统，利用激光束、热熔喷嘴等方式将金属粉末、陶瓷粉末、塑料、细胞组织等特殊材料进行逐层堆积黏结，最终叠加成型，制造出实体产品。3D打印技术在重建物体的几何形状和机能上已经获得一定的水平，几乎任何静态的形状都可以被打印出来。数字化制造模式不需要复杂的工艺、不需要庞大的机床、不需要众多的人力，直接从计算机图形数据中便可生成任何形状的零件，使生产制造变得快速简捷。常见的3D打印成型技术包括SLA、SLS、FDM及3DP，它们的打印原理及流程一般为：首先将设计的三维模型按照一定的规律离散为一系列有序的单元，通常在Z向按一定厚度进行离散(习惯称为分层)，把原来的三维模型变成一系列的层片，从而变为简单的二维图形；再根据每个层片的轮廓信息也即模型截面信息，输入加工参数，生成数控代码；最后由打印机形成一系列层片并通过各种方法将它们连接起来，层层叠加得到三维物理实体。这几类打印方式都要求单喷头打印机实现。其中分层也即切片处理，是3维打印中一个很重要的部分，其主要工作是求得打印过程中喷头的运动数据，进而合理的规划打印路径，生成控制指令，通过计算机处理将打印动作传送到硬件。针对以上打印方式国内外学者按照对三角形信息利用方式的不同，提出了很多封闭模型的切片算法。目前主流的商业化3D打印客户端软件，包括Slic3r，Makeware，Cure等都集成了切片处理和指令传送的功能，其中最核心的是切片处理模块，针对模型的切片算法则是切片处理的关键，然而现有切片算法对三维模型的处理步骤一般为：第一步：三维模型生成的STL数据进行提取，利用哈希表等数据结构，去除STL数据中的冗余数据，建立拓扑关系。第二步：根据分层厚度以及模型高度，确定每一层的位置。然后将每层与模型求交，得到每层的交线段。第三步：根据已知的拓扑关系，将交线段头尾连接，得到闭合的平面轮廓。第四步：对轮廓的填充路径进行规划，得到最佳路径，然后将各个控制点输出为G代码。由于要对数据进行冗余去除，建立拓扑结构，建立闭合轮廓，填充路径等操作，势必算法处理效率较低。而且这些算法只能考虑单喷头工作下的情况，当喷头为多个的时候，填充路径将更加复杂，处理效率将更加低下。

随着科技的发展，三维喷墨打印技术被应用于车载设备天线、集装箱表面传感器电路、PCB板等电子领域和食品包装等非电子领域。这类喷墨打印技术通常利用微米级喷头采用按需喷墨方式在复杂曲面或基体上喷吐由特殊功能材料制备的油墨或各种颜色的普通墨水，形成所需图案，并且要求具有较高的表面质量以保证所需电路功能及较好的视觉效果。但目前的切片算法在处理多材料模型的时候，通常先建立整体模型，然后根据材料将模型分割开，分别把单材料模型的STL数据导出，然后按照切片算法对三维模型的处理步骤将每层的每个材料的路径G代码输出到对应的喷头。按照现有切片算法对模型进行处理，图中模型共有三部分组成，实体1与实体2为同一种材料，实体3为另一种材料。现有切片算法通常将实体1、2与实体3分开，然后分别得到在同一截面两种材料实体的喷头运动轨迹，导入到两种材料对应的喷头，选取某一截面，如图3所示。可以看出，这种切片算法一方面要将同一模型分隔开，操作复杂。而且在同一截面的打印过程中，当打完一种材料实体，转而去打印另一种材料实体的时候，要重新定位。如果定位的时候精度不高，将影响后续的整个打印过程。同时，打印过程中，同一点喷头可能经过多次，路径重复率较高。

综上所述，现有技术存在的问题是：现有的切片算法存在只考虑单喷头工作下的情况，当喷头为多个的时候，填充路径更加复杂，处理效率低下，并且精度得不到保证。

解决上述技术问题的难度：

一般传统算法在根据拓扑结构得到每层的截面之后,会对路径进行规划,目前主要有光栅式、Z字型、螺旋线、等高线以及混合路径五种规划方法。在只有单个喷头的时候,可以很容易得到一个路径,使其路径不相互覆盖的充满整个截面。但是，当喷头为多个的时候，要得到一个每个喷头的路径不相互覆盖的填充路径，便十分复杂。要考虑到在交线位置只让一个喷头喷射，这会大大增加算法的复杂度，使运算时间增加，而且使喷头打印时稳定性降低。

解决上述技术问题的意义：

针对以上问题，本发明算法可以有效的降低模型处理时间，而且不会出现每个喷头打印路径重叠的情况。这样会大大提高打印时的稳定性和精度。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种阵列喷头喷墨打印的快速切片处理方法。

本发明是这样实现的，一种阵列喷头喷墨打印的快速切片处理方法，所述阵列喷头喷墨打印的快速切片处理方法包括：

第一步，在计算机中将模型导出为AMF格式，进行数据处理把AMF格式的数据保存到数组中；

第二步，根据打印层厚以及打印喷头的移动方向，划分空间直线；

第三步，求出模型与直线的交点，存到数组中；

第四步，每次取出数组中的两个数据，根据两个点的距离以及打印喷头的分辨率，确定两点之间填充多少个01数据，得到了打印喷头的控制代码；

第五步，喷头沿运动方向匀速运动，读取数据，如果为0则不喷，如果为1 则喷。

进一步，所述阵列喷头喷墨打印的快速切片处理方法建立空间直线，根据每层打印的厚度H以及阵列喷头每列的距离L₁建立空间切割面，空间切割面将模型分割为一个个并列的长条。

进一步，所述阵列喷头喷墨打印的快速切片处理方法计算每层交点，按照层的顺序取出每层的直线，计算每个直线与轮廓的交点，由于在同一层的同一条直线与模型的交点；按照y大小顺序存到一个数组中。

进一步，所述阵列喷头喷墨打印的快速切片处理方法填充打印数据，每次取出数组中两个元素，计算两元素的距离L₂，根据打印喷头实际打印出的液滴直径D，计算得出两个元素之间要填充的打印数据个数M，其中：

M＝floor(L₂÷D)；

生成的打印数据，其中1代表要打印的点，0代表不打印的点；每行代表的是阵列喷头的一个喷头的打印数据。

进一步，所述阵列喷头喷墨打印的快速切片处理方法生成G代码，根据分层的厚度H以及阵列喷头的宽度L生成控制阵列喷头移动的G代码。

本发明的另一目的在于提供一种所述阵列喷头喷墨打印的快速切片处理方法在降低电阻电路性能中的应用。

本发明的另一目的在于提供一种应用所述阵列喷头喷墨打印的快速切片处理方法三维打印平台。

综上所述，本发明的优点及积极效果为：本发明用于快速处理打印模型生成控制喷头工作的01代码，直接使用AMF格式文件，不需要删除冗余点，不再建立拓扑结构，有效提高了切片处理的效率，而且在处理多材料模型的时候，可以有效提高精度。同时在实际打印的过程中，阵列喷头也比其他种类的喷头打印速度更快，综合以上因素，将极大的降低打印所花费的时间。

与其他算法处理同一模型对比：

模型处理时间对比：

打印时间对比：

算法名称	打印时间
		本算法	1.3h
拓扑结构阵列喷头算法	1.3h
		单喷头处理算法	8h

综合以上对比可知，本算法在模型处理时相比拓扑结构阵列喷头算法处理速度提高30％，相比单喷头处理算法处理速度提高10％。但是在打印过程中，本算法相比单喷头处理算法，打印速度可提高6～7倍。是非常有工程价值的。

本发明的阵列喷头喷墨打印的快速切片处理方法，首先针对阵列喷头喷墨打印的方式提出了一种快速切片处理方法，解决了现有的切片处理方法不能解决多喷头模型切片的问题；其次，本发明在模型处理的时候，不需要建立拓扑结构不需要去除冗余点，极大的提高了切片效率；再次本发明可以通过更改打印数据01的位数，使喷头在边缘处打印小液滴，减少台阶效应产生的误差；最后，由于本发明在实际打印过程中，打印路径为直线，不需要多次定位，相比于传统的方法，提高了打印精度，而且极大地提高了效率。又由于可以主动控制打印数据修改01位数，生成小液滴减少阶梯效应，提高模型整体连通性。综合，对曲面上的导电图形打印可获得较好的电路性能，对包装等非电子领域的应用也可获得较好的艺术效果，提高打印物品的品质。

附图说明

图1是本发明实施例提供的阵列喷头喷墨打印的快速切片处理方法流程图。

图2是本发明实施例提供的阵列喷头喷墨打印的快速切片处理方法实现流程图。

图3是本发明实施例提供的空间切割面示意图。

图4是本发明实施例提供的空间切割面示意图。

图5是本发明实施例提供的轮廓交点示意图。

图6是本发明实施例提供的直线轮廓相切示意图。

图7是本发明实施例提供的六边形生成的打印数据图。

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。

本发明用于生成控制喷头喷射与否的01代码；解决了现有切片算法和软件的效率问题，同时降低了阵列喷头移动路径的复杂性，提高了模型精度。

下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。

如图1所示，本发明实施例提供的阵列喷头喷墨打印的快速切片处理方法包括以下步骤：

S101：在计算机中将模型导出为AMF格式，进行数据处理把AMF格式的数据保存到数组中；

S102：根据打印层厚以及打印喷头的移动方向，划分空间直线；

S103：求出模型与直线的交点，存到数组中；

S104：每次取出数组中的两个数据，根据两个点的距离以及打印喷头的分辨率，确定两点之间填充多少个01数据，得到了打印喷头的控制代码；

S105：喷头沿运动方向匀速运动，读取数据，如果为0则不喷，如果为1 则喷。

下面结合附图对本发明的应用原理作进一步的描述。

如图2所示，本发明实施例提供的阵列喷头喷墨打印的快速切片处理方法包括以下步骤：

第一步：建立空间直线。

根据每层打印的厚度H以及阵列喷头每列的距离L₁建立如图2、图3所示的空间切割面。该空间切割面将模型分割为一个个并列的长条。

第二步：计算每层交点。

按照层的顺序取出每层的直线。如图4所示，计算每个直线与轮廓的交点，由于在同一层的同一条直线与模型的交点，除y坐标外其他均相同。因此按照y大小顺序存到一个数组中。因为空间中的实体均为闭合曲面的。因此直线与模型的交点一定为偶数，数组的元素个数也为偶数。

但是有时会出现直线与轮廓相切的情况，如图5所示，这种情况均认为直线与轮廓在该点不相交。

第三步：填充打印数据。

每次取出数组中两个元素，计算两元素的距离L₂，根据打印喷头实际打印出的液滴直径D，计算得出两个元素之间要填充的打印数据个数M。其中：

M＝floor(L₂÷D)；

生成的打印数据如图6所示。其中1代表要打印的点，0代表不打印的点。每行代表的是阵列喷头的一个喷头的打印数据。

第四步：生成G代码。

根据分层的厚度H以及阵列喷头的宽度L生成控制阵列喷头移动的G代码。该代码只移动阵列喷头，阵列喷头的喷射与否由打印数据控制。

结果分析：从最终生成数据可以看出，与现有的算法相比，本发明的算法可以有效的针对阵列喷头的特性，生成适合阵列喷头打印的数据。而且该算法大大降低了喷头移动路径的复杂性，只有单纯的X、Y、Z三个方向的移动，提高了打印的精度。应用于电子领域可降低电阻保证较好的电路性能、非电子领域也有较好的艺术效果。

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

1.一种阵列喷头喷墨打印的快速切片处理方法，其特征在于，所述阵列喷头喷墨打印的快速切片处理方法包括：

第三步，求出模型与直线的交点，存到数组中；

第五步，喷头沿运动方向匀速运动，读取数据，如果为0则不喷，如果为1则喷；

所述阵列喷头喷墨打印的快速切片处理方法建立空间直线，根据每层打印的厚度H以及阵列喷头每列的距离L₁建立空间切割面，空间切割面将模型分割为一个个并列的长条。

2.如权利要求1所述的阵列喷头喷墨打印的快速切片处理方法，其特征在于，所述阵列喷头喷墨打印的快速切片处理方法计算每层交点，按照层的顺序取出每层的直线，计算每个直线与轮廓的交点。

3.如权利要求1所述的阵列喷头喷墨打印的快速切片处理方法，其特征在于，所述阵列喷头喷墨打印的快速切片处理方法填充打印数据，每次取出数组中两个元素，计算两元素的距离L₂，根据打印喷头实际打印出的液滴直径D，计算得出两个元素之间要填充的打印数据个数M，其中：

M＝floor(L₂÷D)；

4.如权利要求1所述的阵列喷头喷墨打印的快速切片处理方法，其特征在于，所述阵列喷头喷墨打印的快速切片处理方法生成G代码，根据分层的厚度H以及阵列喷头的宽度L生成控制阵列喷头移动的G代码。

5.一种如权利要求1～4任意一项所述阵列喷头喷墨打印的快速切片处理方法在降低电阻电路性能中的应用。