CN109808172A - Fdm式3d打印机区域精度控制方法、系统设备及介质 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种FDM式3D打印机区域精度控制方法、系统设备及介质，所述方法包括步骤：按照产品的不同精度要求将模型沿Z方向划分若干个区域；通过切片软件对模型整体采用设定的精度要求分别进行切片处理得到若干切片数据并编号；将所述的若干切片数据的G代码根据要求进行剪切、筛选、重组，得到整合后的具有不同区域不同精度的完整G代码；通过具有不同区域不同精度的完整G代码控制3D打印机进行3D打印。本发明通过实现不同打印精度的方法，从而达到了打印精度与打印速度之间的自适应，在保证部分区域精度的基础上，极大地提高了打印效率。
Description
技术领域
本发明涉及3D打印控制领域，尤其涉及一种F FDM式3D打印机区域精度控制方法、系统设备及介质。
背景技术
目前市场上的普通打印机切片软件大部分只能实现整个产品外观区域都是同样的精度，然而很多产品不同区域的精度要求并不一致，这就导致了打印时为了确保一部分区域的打印精度就设置全部区域都以高精度来打印，牺牲了打印速度，降低了打印效率。精度与速度之间的矛盾一直制约着FDM式3D打印机的发展。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供了一种FDM式3D打印机实现区域精度控制的方法，旨在解决传统FDM式3D打印机在打印速度与打印精度之间的矛盾，在满足打印精度的基础上，不同区域设置不同打印精度，提高打印速度，在一定程度上解决打印精度与打印速度不可兼得的难题。
本发明通过如下技术方案实现：
一种FDM式3D打印机区域精度控制方法，包括步骤：
按照产品的不同精度要求将模型沿Z方向划分若干个区域；
通过切片软件对模型整体采用设定的不同精度要求分别进行切片处理得到若干切片数据并编号；
将所述的若干切片数据的G代码根据要求进行剪切、筛选、重组，得到整合后的具有不同区域不同精度的完整G代码；
通过具有不同区域不同精度的完整G代码控制3D打印机进行3D打印。
进一步地，所述的不同精度要求具体指不同打印层厚和打印速度。
进一步地，所述的切片软件为开源切片软件Cura。
进一步地，所述将所述的若干切片数据的G代码根据要求进行剪切、筛选、重组，得到整合后的具有不同区域不同精度的完整G代码具体包括步骤：
导入采用设定的不同精度要求分别进行切片处理得到若干切片数据；
识别各切片数据的G代码中Z向交界处的Z轴指令；
根据各区域的打印顺序，以各切片数据中G代码中Z向交界处的Z轴指令为节点进行剪切、筛选并依次重组为具有不同区域不同精度的完整G代码。
进一步地，所述以各切片数据中G代码中Z向交界处的Z轴指令为节点进行剪切、筛选并依次重组为具有不同区域不同精度的完整G代码的步骤具体包括：
对于最下方区域，剪切并保留其切片数据中G代码的开始行至其Z向交界处的Z轴指令行；对于最上方区域，剪切并保留其切片数据中G代码的Z向交界处的Z轴指令行至结束行；对于其余区域，仅剪切并保留其切片数据中G代码的两个Z向交界处的Z轴指令之间的指令行；
将剪切并保留的各指令行按照打印打印顺序依次重组为具有不同区域不同精度的完整G代码。
一种FDM式3D打印机区域精度控制系统，包括：
区域划分模块，用于按照产品的不同精度要求将模型沿Z方向划分若干个区域；
切片处理模块，用于通过切片软件对模型整体采用设定的不同精度要求分别进行切片处理得到若干切片数据并编号；
G代码整合模块，用于将所述的若干切片数据的G代码根据要求进行剪切、筛选、重组，得到整合后的具有不同区域不同精度的完整G代码；
3D打印控制模块，用于通过具有不同区域不同精度的完整G代码控制3D打印机进行3D打印。
进一步地，所述的G代码整合模块具体包括：
G代码导入模块，用于导入采用设定的不同精度要求分别进行切片处理得到若干切片数据；
G代码识别模块，用于识别各切片数据的G代码中Z向交界处的Z轴指令；
G代码重组模块，用于根据各区域的打印顺序，以各切片数据中G代码中Z向交界处的Z轴指令为节点进行剪切、筛选并依次重组为具有不同区域不同精度的完整G代码。
进一步地，所述G代码重组模块具体包括：
剪切筛选模块，用于对最下方区域剪切并保留其切片数据中G代码的开始行至其Z向交界处的Z轴指令行；对最上方区域剪切并保留其切片数据中G代码的Z向交界处的Z轴指令行至结束行；对于其余区域，仅剪切并保留其切片数据中G代码的两个Z向交界处的Z轴指令之间的指令行；
G代码拼接模块，用于将剪切并保留的各指令行按照打印打印顺序依次拼接为具有不同区域不同精度的完整G代码。
一种电子设备，包括存储器、处理器、存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器运行所述程序时，实现如所述的FDM式3D打印机区域精度控制方法。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如所述的FDM式3D打印机区域精度控制方法。
相比现有技术，本发明通过实现不同打印精度的方法，从而达到了打印精度与打印速度之间的自适应，在保证部分区域精度的基础上，极大地提高了打印效率。
附图说明
图1为三精度区域时的切片及G代码整合流程示意图；
图2为现有切片软件Cura的简明运行流程；
图3为改良的切片软件Cura的运行流程；
图4为3D打印中所用到其他代码的简表；
图5为两精度区域时的切片及G代码整合流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的说明。
一种FDM式3D打印机区域精度控制方法，包括步骤：
按照产品的不同精度要求将模型沿Z方向划分若干个区域；
通过切片软件对模型整体采用设定的不同精度要求分别进行切片处理得到若干切片数据并编号；
将所述的若干切片数据的G代码根据要求进行剪切、筛选、重组，得到整合后的具有不同区域不同精度的完整G代码；
通过具有不同区域不同精度的完整G代码控制3D打印机进行3D打印。
所述的切片软件为开源切片软件Cura。所述的不同精度要求具体指不同打印层厚和打印速度。
其中，所述将所述的若干切片数据的G代码根据要求进行剪切、筛选、重组，得到整合后的具有不同区域不同精度的完整G代码具体包括步骤：
导入采用设定的不同精度要求分别进行切片处理得到若干切片数据；
识别各切片数据的G代码中Z向交界处的Z轴指令；
根据各区域的打印顺序，以各切片数据中G代码中Z向交界处的Z轴指令为节点进行剪切、筛选并依次重组为具有不同区域不同精度的完整G代码。
其中，所述以各切片数据中G代码中Z向交界处的Z轴指令为节点进行剪切、筛选并依次重组为具有不同区域不同精度的完整G代码的步骤具体包括：
对于最下方区域，剪切并保留其切片数据中G代码的开始行至其Z向交界处的Z轴指令行；对于最上方区域，剪切并保留其切片数据中G代码的Z向交界处的Z轴指令行至结束行；对于其余区域，仅剪切并保留其切片数据中G代码的两个Z向交界处的Z轴指令之间的指令行；
将剪切并保留的各指令行按照打印打印顺序依次重组为具有不同区域不同精度的完整G代码。
一种FDM式3D打印机区域精度控制系统，包括：
区域划分模块，用于按照产品的不同精度要求将模型沿Z方向划分若干个区域；
切片处理模块，用于通过切片软件对模型整体采用设定的不同精度要求分别进行切片处理得到若干切片数据并编号；
G代码整合模块，用于将所述的若干切片数据的G代码根据要求进行剪切、筛选、重组，得到整合后的具有不同区域不同精度的完整G代码；
3D打印控制模块，用于通过具有不同区域不同精度的完整G代码控制3D打印机进行3D打印。
具体而言，所述的G代码整合模块具体包括：
G代码导入模块，用于导入采用设定的不同精度要求分别进行切片处理得到若干切片数据；
G代码识别模块，用于识别各切片数据的G代码中Z向交界处的Z轴指令；
G代码重组模块，用于根据各区域的打印顺序，以各切片数据中G代码中Z向交界处的Z轴指令为节点进行剪切、筛选并依次重组为具有不同区域不同精度的完整G代码。
具体而言，所述G代码重组模块具体包括：
剪切筛选模块，用于对最下方区域剪切并保留其切片数据中G代码的开始行至其Z向交界处的Z轴指令行；对最上方区域剪切并保留其切片数据中G代码的Z向交界处的Z轴指令行至结束行；对于其余区域，仅剪切并保留其切片数据中G代码的两个Z向交界处的Z轴指令之间的指令行；
G代码拼接模块，用于将剪切并保留的各指令行按照打印打印顺序依次拼接为具有不同区域不同精度的完整G代码。
下面结合原理和具体实例对本发明做更详细的说明。
3D打印的过程就是打印机执行G代码的过程，将模型进行切片后的得到的G代码很大程度上决定了打印速度与打印精度。目前大多数切片软件只能生成只有一种打印精度的G代码，也就是层厚只能设置成一个具体的数字而无法根据实际情况在不同区域实现打印层厚的变化，本发明针对这种情况设计出了区域划分软件与G代码整合软件。打印时在区域划分软件的界面上根据高度来划分区域并设置各个区域的打印层厚，如图1所示，将一个长方体模型划分为A、B、C三个区域，设置A区域的打印层厚为0.3mm，B区域的打印层厚为0.2mm，C区域的打印层厚为0.1mm。设置完毕后，切片软件将会分别以0.3mm、0.2mm、0.1mm为层厚生成三次切片数据，分别称之为第一次切片数据、第二次切片数据、第三次切片数据。之后G代码整合软件将会取出第一次切片数据的A区域部分，取出第二次切片数据的B区域部分，取出第三次切片数据的C区域部分，将取出的三部分切片数据按照本发明规定的G代码整合法则进行切片数据组合，最后生成A区域打印层厚为0.3mm、B区域打印层厚为0.2mm、C区域打印层厚为0.1mm的切片数据。
1、关于模型进行区域划分并使之进行数次切片的方法。
为实现本发明中打印区域精度控制的自适应功能，需将切片软件进行部分的适应性改进。最终选定Cura作为指定切片软件。Cura是一套开源的切片软件，由作者发布于互联网。其特点包含但不限于：源代码公开，易于改进；流程清晰明确，易于检验漏洞与错误；采用Python语言与UraniumFramework框架，具有较强的稳定性。故采用此软件。
切片软件Cura的简明运行流程如图2所示。
图2所示步骤是对于完成一次完整的“输入——输出”的简明介绍。在这些步骤之中，按照发明思路，选取第4步与第5步进行提取与增减的改进操作。
在第4步的运行流程中，切片软件会将STL文件完全加载；在执行“配置各项工具”步骤时，会将打印输入的STL格式文件进行详细的分析，最后转换成G代码输出给打印机进行打印操作。
为了能适应分区域切片操作的需要，针对第四和第五步的改进目标有这几点：一、添加可窗口操作的手动分层操作功能并明确体现于输出的图形中。二、添加不同速度精度与不同分区之间的匹配。三、添加分段G代码的分析与合成功能。
以下是这些功能的具体内容：
一、图形分层功能
此功能的目的是满足用户针对打印内容不同部分不同精度的要求，为用户提供了手动分层分区的功能。初步将添加Z轴的纵向分区，用户可通过移动横截面或光标，完成待打印物品的多层分区，以便实现后续步骤的自适应速度精度控制。
二、精度匹配
此功能的目的是为了满足分区与对应要求精度速度的匹配，为用户提供了手动设置各层级分区的精度速度的功能。初步分区数量上线将设置为五。用户可设置至多五个分区对应的不同精度速度，并将其与选定分区进行一一对应。
三、G代码的分析与合成
此功能的目的是为了满足不同分区不同精度的自适应的实现，由软件内部进行G代码的分析与合成。将分区与对应精度速度作为整体，并针对每一个独立的整体进行独立的G代码分析，并按照一定的顺序(如：从高到低)将整体编号排列。最后通过G代码的识别与判断对对应的编号进行删减，与过渡优化。最后按照编号将各个整体处理过的G代码进行整合。作为最终结果进行输出。改进后的切片操作步骤如图3所示。
2.关于G代码整合的实现方法。
G代码是一种数控编程语言。它的主要功能是指导机器如何在3个维度上进行几何移动。它也可以指示机器做非几何的东西。例如，G代码可以命令3D打印机用指定的挤出速度挤压材料或改变其床温。
我们可以认为是将G代码作为指令的顺序线。每行告诉打印机做一个特定的任务。打印机一行一行地执行，直到它结束。除了G代码，3D打印中还用到其他一些代码，如M码、F码等，具体如图4所(表中nnn表示的是数字)。
3D打印的G代码通常可分为三个部分：
1)初始设置部分，这部分G代码要实现的功能有：加热打印床，加热挤出机，清洗喷嘴，将喷嘴移动到起始位置等。这些任务是所有程序的第一部分。具体如下：
M107
M104S205；set temperature
G28；home all axes
G1Z5F5000；lift nozzle
M109S205；wait for temperature to be reached
G21；set units to millimeters
G90；use absolute coordinates
M82；use absolute distances for extrusion
G92E0
G1Z0.350F7800.000
G1E-1.00000F2400.00000
G92E0
2)打印部分，3D打印机逐层打印模型。像simplify3d或Cura这类的切片软件通常将三维模型分成多个水平层，堆叠在彼此的顶部来完成最终的打印。
因此，打印阶段包括在X-Y平面移动(印刷一层)，然后在Z方向移动(移动到下一层)随后在X Y平面再移动(打印下一层)。具体如下：G1Z1.850F7800.000
G1X108.550Y103.550F7800.000
G1X91.450Y103.550E40.85211F3177.942
G1X91.450Y96.450E41.04936
G1X108.550Y96.450E41.52439
G1X108.550Y103.475E41.71955
G1X94.518Y102.162E45.47814
G1X92.006Y101.488E45.55038
G1X92.006Y97.006E45.67489
G1X96.185Y97.006E45.79099
……
G1X96.825Y99.392E45.85960
G1X94.348Y102.794F7800.000
G1X94.402Y102.994E45.86537F4237.256
G1X92.006Y102.994E45.93193
G1X92.006Y102.166E45.95493
G1X94.348Y102.794E46.02229
G1Z2.150F7800.000
3)重置打印机部分，最后，当打印结束时，最后的一些G代码行会将打印机重置到默认状态。例如，喷嘴回到原点，加热关闭(无论是热床或是挤出机)和电机禁用。具体如下
G92E0
M107
M104S0；turn off temperature
G28X0；home X axis
M84；disable motors
从以上的三个部分可以看出，同一模型在不同切片精度下的切片数据第一部分与第三部分基本相同，区别主要在第二部分，该部分主要由坐标指令、挤出长度指令、打印头移动速度指令组成。要在不同区域实现不同的打印精度，我们可以以Z轴指令为基准进行G代码的划分并使之重新组合。在前面提到了改造开源切片软件Crua，经改进后的Crua软件将可以实现在Z轴上的区域划分，同时，本发明的G代码整合软件将会根据划分好的区域来识别Z坐标指令，例如前文中的G1Z2.150F7800.000，G1Z1.850F7800.000等代码。
下面结合图5的流程图形说明G代码的整合过程，本实施例包括两个精度区域A和B,包括步骤：
S1、针对一高为20mm的待打印模型，在Z轴上，确定在(0,10mm)的区域的打印精度为0.3mm，在(10mm,20mm)的区域的打印精度为0.2mm；
S2、在经过改进的Cura软件上进行两次切片，分别称之为切片A、B，精度分别设置为0.3mm与0.2mm；
S3、导入两次切片数据，识别切片A与切片B中10mm附近的Z轴指令；
S4、取切片A中开始至10mm处的Z轴指令代码，取切片B中10mm处的Z轴指令至结束的G代码，将二者组合成一个新的完整的模型的G代码。
本发明涉及到的两个软件，区域划分软件与G代码整合软件，可以整合成为一个软件，在切片软件Cura的基础上进行改进，使其同时具备区域划分与G代码整合的功能。
3.关于G代码整合软件功能性程序代码。
以下为截取的部分代码内容：
本程序可以实现多个G代码文件的拼接，并最终合成为一个Gcode文件。
为了实现上述实施例，本发明实施例还提供了一种电子设备，包括存储器、处理器、存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器运行所述程序时，实现如所述的FDM式3D打印机区域精度控制方法。
为了实现上述实施例，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如所述的FDM式3D打印机区域精度控制方法。
本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做到更高层次的区域划分，使得区域精度控制更加精细。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。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，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种FDM式3D打印机区域精度控制方法，其特征在于，包括步骤：
按照产品的不同精度要求将模型沿Z方向划分若干个区域；
通过切片软件对模型整体采用设定的不同精度要求分别进行切片处理得到若干切片数据并编号；将所述的若干切片数据的G代码根据要求进行剪切、筛选、重组，得到整合后的具有不同区域不同精度的完整G代码；
通过具有不同区域不同精度的完整G代码控制3D打印机进行3D打印。
2.根据权利要求1所述的FDM式3D打印机区域精度控制方法，其特征在于，所述的不同精度要求具体指不同打印层厚和打印速度。
3.根据权利要求1所述的FDM式3D打印机区域精度控制方法，其特征在于，所述的切片软件为开源切片软件Cura。
4.根据权利要求1所述的FDM式3D打印机区域精度控制方法，其特征在于，所述将所述的若干切片数据的G代码根据要求进行剪切、筛选、重组，得到整合后的具有不同区域不同精度的完整G代码具体包括步骤：
导入采用设定的不同精度要求分别进行切片处理得到若干切片数据；
识别各切片数据的G代码中Z向交界处的Z轴指令；
根据各区域的打印顺序，以各切片数据中G代码中Z向交界处的Z轴指令为节点进行剪切、筛选并依次重组为具有不同区域不同精度的完整G代码。
5.根据权利要求4所述的FDM式3D打印机区域精度控制方法，其特征在于，所述以各切片数据中G代码中Z向交界处的Z轴指令为节点进行剪切、筛选并依次重组为具有不同区域不同精度的完整G代码的步骤具体包括：
对于最下方区域，剪切并保留其切片数据中G代码的开始行至其Z向交界处的Z轴指令行；对于最上方区域，剪切并保留其切片数据中G代码的Z向交界处的Z轴指令行至结束行；对于其余区域，仅剪切并保留其切片数据中G代码的两个Z向交界处的Z轴指令之间的指令行；
将剪切并保留的各指令行按照打印打印顺序依次重组为具有不同区域不同精度的完整G代码。
6.一种FDM式3D打印机区域精度控制系统，其特征在于，包括：
区域划分模块，用于按照产品的不同精度要求将模型沿Z方向划分若干个区域；
切片处理模块，用于通过切片软件对模型整体采用设定的不同精度要求分别进行切片处理得到若干切片数据并编号；
G代码整合模块，用于将所述的若干切片数据的G代码根据要求进行剪切、筛选、重组，得到整合后的具有不同区域不同精度的完整G代码；
3D打印控制模块，用于通过具有不同区域不同精度的完整G代码控制3D打印机进行3D打印。
7.根据权利要求6所述的FDM式3D打印机区域精度控制系统，其特征在于，所述的G代码整合模块具体包括：
G代码导入模块，用于导入采用设定的不同精度要求分别进行切片处理得到若干切片数据；
G代码识别模块，用于识别各切片数据的G代码中Z向交界处的Z轴指令；
G代码重组模块，用于根据各区域的打印顺序，以各切片数据中G代码中Z向交界处的Z轴指令为节点进行剪切、筛选并依次重组为具有不同区域不同精度的完整G代码。
8.根据权利要求7所述的FDM式3D打印机区域精度控制系统，其特征在于，所述G代码重组模块具体包括：
剪切筛选模块，用于对最下方区域剪切并保留其切片数据中G代码的开始行至其Z向交界处的Z轴指令行；对最上方区域剪切并保留其切片数据中G代码的Z向交界处的Z轴指令行至结束行；对于其余区域，仅剪切并保留其切片数据中G代码的两个Z向交界处的Z轴指令之间的指令行；
G代码拼接模块，用于将剪切并保留的各指令行按照打印打印顺序依次拼接为具有不同区域不同精度的完整G代码。
9.一种电子设备，其特征在于：包括存储器、处理器、存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器运行所述程序时，实现如权利要求1至8中任一项所述的FDM式3D打印机区域精度控制方法。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于：所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至8中任一项所述的FDM式3D打印机区域精度控制方法。
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| CN111497231A (zh) * | 2020-04-15 | 2020-08-07 | 广州黑格智造信息科技有限公司 | 一种3d打印方法、装置、存储介质及3d打印系统 |
| CN111497231B (zh) * | 2020-04-15 | 2022-12-02 | 广州黑格智造信息科技有限公司 | 一种3d打印方法、装置、存储介质及3d打印系统 |
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