CN112068840A - 面向脉冲激光3d打印的g代码生成方法 - Google Patents

面向脉冲激光3d打印的g代码生成方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种面向脉冲激光3D打印的G代码生成方法，包括：对待打印的3D模型进行切片处理，得到多层待打印的截面；获取连续激光3D打印模式下的每层所述截面的加工路径和工艺参数；根据所述连续激光3D打印模式下的每层所述截面的加工路径和工艺参数，确定脉冲激光3D打印模式下的该层所述截面的加工路径和工艺参数；根据脉冲激光3D打印模式下的每层所述截面的加工路径和工艺参数，生成该层所述截面的3D打印G代码。根据本发明，能够有效地解决现有的3D打印G代码生成方法因面向连续激光3D打印所设计而不适用于脉冲激光3D打印的问题。

Description

面向脉冲激光3D打印的G代码生成方法
技术领域
本发明属于3D打印技术领域，更具体地，涉及一种面向脉冲激光3D打印的G代码生成方法。
背景技术
从产品的数字化CAD模型设计到3D打印的过程中少不了三维模型的构建、3D打印机和3D打印分层切片软件等基本要素的参与。其中，3D打印分层切片软件是三维模型与3D打印机之间的驱动，其主要作用包括三维模型的分层切片、轮廓面的路径规划及工艺参数的计算。STL模型作为3D打印技术的标准文件格式，被应用于大多数的3D打印系统。目前，STL模型的分层切片软件也层出不穷，例如Cura、HORI 3D打印切片及控制系统、Sinplify3D和Makerbot print等。然而，上述分层切片软件所采用的G代码生成方法均面向连续激光3D打印所设计，并不适用于脉冲激光3D打印。
发明内容
本发明的目的在于解决现有的3D打印G代码生成方法因面向连续激光3D打印所设计而不适用于脉冲激光3D打印的问题。
为了实现上述目的，本发明提供一种面向脉冲激光3D打印的G代码生成方法，该方法包括以下步骤：
对待打印的3D模型进行切片处理，得到多层待打印的截面；
获取连续激光3D打印模式下的每层所述截面的加工路径和工艺参数；
根据所述连续激光3D打印模式下的每层所述截面的加工路径和工艺参数，确定脉冲激光3D打印模式下的该层所述截面的加工路径和工艺参数；
根据脉冲激光3D打印模式下的每层所述截面的加工路径和工艺参数，生成该层所述截面的3D打印G代码。
作为优选的是，所述对待打印的3D模型进行切片处理，得到多层待打印的截面，基于预先建立的脉冲激光3D打印模型实现。
作为优选的是，所述获取连续激光3D打印模式下的每层所述截面的加工路径和工艺参数，基于预先建立的脉冲激光3D打印模型实现。
作为优选的是，所述脉冲激光3D打印模型基于输入的所述截面，生成连续激光3D打印模式下的该层所述截面的加工路径和工艺参数，并以G代码的形式输出。
作为优选的是，所述根据所述连续激光3D打印模式下的每层所述截面的加工路径和工艺参数，确定脉冲激光3D打印模式下的该层所述截面的加工路径和工艺参数，基于预先建立的加工路径和工艺参数转换模型实现；
所述加工路径和工艺参数模型内置脉冲激光动态模拟算法。
作为优选的是，所述加工路径和工艺参数转换模型的转换流程为：
在所述连续激光3D打印模式下的每层所述截面的加工路径和工艺参数对应的每段G代码中提取X数据和Y数据；
基于提取的X数据和Y数据，生成XY线段；
计算脉冲激光3D打印模式下的激光开关时间自适应搭接率，得到激光开关数据；
基于所述激光开关数据对所述XY线段进行切分，得到多个点坐标；
根据得到的每个所述点坐标以及已知的激光脉冲宽度和周期，计算脉冲激光的水平移速和持续时间；
生成Z数据；
输出得到的坐标数据、所述激光开关数据、所述水平移速和所述持续时间。
作为优选的是，所述加工路径和工艺参数转换模型所采用的线段生成及分切方法包括：
读取第一线段坐标数据(x1，y1)、第二线段坐标数据(x2，y2)和点间距数据；
将坐标数据转化为向量，并生成单位向量(xi，yi)；
利用循环语句计算点坐标(x1+nxi，y1+nyi)，n从零开始，终点为(x2，y2)；
输出所有的点坐标。
作为优选的是，所述根据脉冲激光3D打印模式下的每层所述截面的加工路径和工艺参数，生成该层所述截面的3D打印G代码，包括：
预置G代码格式；
接收所述加工路径和工艺参数转换模型输出的坐标数据、所述激光开关数据、所述水平移速和所述持续时间；
利用循环语句和操作符，将接收的所述坐标数据、所述激光开关数据、所述水平移速和所述持续时间添加到预置的G代码格式中，形成G代码；
将形成的G代码记录到程序文档中。
作为优选的是，所述加工路径和工艺参数转换模型还用于对外部输入的连续激光3D打印模式下的每层所述截面的加工路径和工艺参数进行转换。
作为优选的是，脉冲激光3D打印模式下的所述截面的工艺参数包括：激光直径、脉冲宽度、脉冲周期、层厚、总高、X尺寸和Y尺寸。
作为优选的是，在确定脉冲激光3D打印模式下的该层所述截面的加工路径和工艺参数之后，还包括：
对确定的脉冲激光3D打印模式下的该层所述截面的工艺参数进行优化。
本发明的有益效果在于：
本发明的面向脉冲激光3D打印的G代码生成方法，根据获取的所述连续激光3D打印模式下的每层所述截面的加工路径和工艺参数，确定脉冲激光3D打印模式下的该层所述截面的加工路径和工艺参数，进而生成该层所述截面的脉冲激光3D打印G代码，以解决现有的3D打印G代码生成方法因面向连续激光3D打印所设计而不适用于脉冲激光3D打印的问题。
本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。
图1示出了根据本发明的实施例的面向脉冲激光3D打印的G代码生成方法的实现流程图。
图2示出了根据本发明的实施例的代码生成流程图。
图3示出了根据本发明的实施例的将外部输入的连续激光3D打印G代码转换为脉冲激光3D打印G代码的实现流程图。
图4示出了根据本发明的实施例的长方体的脉冲激光3D打印G代码的生成流程图。
图5示出了根据本发明的实施例的XY薄壁的脉冲激光3D打印G代码的生成流程图。
图6示出了根据本发明的实施例的单点的脉冲激光3D打印G代码的生成流程图。
具体实施方式
下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
实施例：图1示出了根据本发明的实施例的面向脉冲激光3D打印的G代码生成方法的实现流程图。参照图1，本实施例的面向脉冲激光3D打印的G代码生成方法包括以下步骤：
S100、对待打印的3D模型进行切片处理，得到多层待打印的截面；
S200、获取连续激光3D打印模式下的每层所述截面的加工路径和工艺参数；
S300、根据所述连续激光3D打印模式下的每层所述截面的加工路径和工艺参数，确定脉冲激光3D打印模式下的该层所述截面的加工路径和工艺参数；
S400、根据脉冲激光3D打印模式下的每层所述截面的加工路径和工艺参数，生成该层所述截面的3D打印G代码。
本实施例中，在确定脉冲激光3D打印模式下的该层所述截面的加工路径和工艺参数之后，还包括：
对确定的脉冲激光3D打印模式下的该层所述截面的工艺参数进行优化。
本实施例的步骤S100基于预先建立的脉冲激光3D打印模型实现。
本实施例的步骤S200基于预先建立的脉冲激光3D打印模型实现。
本实施例中，所述脉冲激光3D打印模型基于输入的所述截面，生成连续激光3D打印模式下的该层所述截面的加工路径和工艺参数，并以G代码的形式输出。
本实施例的步骤S300基于预先建立的加工路径和工艺参数转换模型实现，所述加工路径和工艺参数模型内置脉冲激光动态模拟算法。
本实施例中，所述加工路径和工艺参数转换模型的转换流程为：
在所述连续激光3D打印模式下的每层所述截面的加工路径和工艺参数对应的每段G代码中提取X数据和Y数据；
基于提取的X数据和Y数据，生成XY线段；
计算脉冲激光3D打印模式下的激光开关时间自适应搭接率，得到激光开关数据；
基于所述激光开关数据对所述XY线段进行切分，得到多个点坐标；
根据得到的每个所述点坐标以及已知的激光脉冲宽度和周期，计算脉冲激光的水平移速和持续时间；
生成Z数据；
输出得到的坐标数据、所述激光开关数据、所述水平移速和所述持续时间。
本实施例中，所述加工路径和工艺参数转换模型所采用的线段生成及分切方法包括：
读取第一线段坐标数据(x1，y1)、第二线段坐标数据(x2，y2)和点间距数据；
将坐标数据转化为向量，并生成单位向量(xi，yi)；
利用循环语句计算点坐标(x1+nxi，y1+nyi)，n从零开始，终点为(x2，y2)；
输出所有的点坐标。
本实施例的步骤S400包括：
预置G代码格式：'M9G04F％s'，"M10G90G01X％sY％sF％s"，‘M10G04F％s'，'G90G01Z-％sF2000'；
接收所述加工路径和工艺参数转换模型输出的坐标数据、所述激光开关数据、所述水平移速和所述持续时间；
利用循环语句和操作符％，将接收的所述坐标数据、所述激光开关数据、所述水平移速和所述持续时间添加到预置的G代码格式中，形成G代码；
将形成的G代码记录到程序文档中。
本实施例中，所述加工路径和工艺参数转换模型还用于对外部输入的连续激光3D打印模式下的每层所述截面的加工路径和工艺参数进行转换，具体步骤为：
打开外部数据；
利用循环语句和正则表达式按顺序提取(x，y，z)数据；
利用循环语句，生成线段坐标数据(x1，y1，x2，y2，Z)；
输出所有线段坐标数据。
本实施例中，脉冲激光3D打印模式下的所述截面的工艺参数包括：激光直径、脉冲宽度、脉冲周期、层厚、总高、X尺寸和Y尺寸。
本实施例的面向脉冲激光3D打印的G代码生成方法的设计思想为：脉冲激光3D打印成形路径与连续激光3D打印成形路径的差异主要在于，脉冲激光以点填充整个截面，而连续激光以线填充整个截面。值得注意的是，线可以由一系列点组成。因此，在传统的切片软件规划路径的基础上将每条线段打散成一系列点，对这些点进一步编译就可以实现脉冲激光点沉积成形路径规划。
本实施例的面向脉冲激光3D打印的G代码生成方法适用于单点、X薄壁、Y薄壁、XY薄壁和长方体的脉冲激光3D打印，以及将外部输入的连续激光3D打印G代码转换为脉冲激光3D打印G代码。其中，总体的代码生成流程如图2所示，将外部输入的连续激光3D打印G代码转换为脉冲激光3D打印G代码的实现流程如图3所示，长方体的脉冲激光3D打印G代码生成流程如图4所示，XY薄壁的脉冲激光3D打印G代码生成流程如图5所示，单点的脉冲激光3D打印G代码生成流程如图6所示。
本实施例的面向脉冲激光3D打印的G代码生成方法还具有以下有益效果：
直接生成脉冲激光3D打印代码，方便快捷。
适用于各种连续激光3D打印代码转脉冲激光3D打印代码，适用面广。
可以方便设置每一个工艺参数，并且达到参数自适应，以满足实际成形需求。
本实施例的面向脉冲激光3D打印的G代码生成方法可以用于激光3D打印领域制备金属件，使得制备工艺流程一体化、短周期化、低成本化、效率高，同时获得纵向梯度性能均一的大尺寸金属件，为快速制造金属构件领域进行产业化提供了技术支撑。该方法成本低、效率高、为脉冲激光3D打印代码实现可定制化操作，为工业化增材制造设备的推广提供了一种新思路。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

Claims (10)

1.面向脉冲激光3D打印的G代码生成方法，其特征在于，包括以下步骤：
对待打印的3D模型进行切片处理，得到多层待打印的截面；
获取连续激光3D打印模式下的每层所述截面的加工路径和工艺参数；
根据所述连续激光3D打印模式下的每层所述截面的加工路径和工艺参数，确定脉冲激光3D打印模式下的该层所述截面的加工路径和工艺参数；
根据脉冲激光3D打印模式下的每层所述截面的加工路径和工艺参数，生成该层所述截面的3D打印G代码。
2.根据权利要求1所述的G代码生成方法，其特征在于，所述对待打印的3D模型进行切片处理，得到多层待打印的截面，基于预先建立的脉冲激光3D打印模型实现。
3.根据权利要求1所述的G代码生成方法，其特征在于，所述获取连续激光3D打印模式下的每层所述截面的加工路径和工艺参数，基于预先建立的脉冲激光3D打印模型实现。
4.根据权利要求3所述的G代码生成方法，其特征在于，所述脉冲激光3D打印模型基于输入的所述截面，生成连续激光3D打印模式下的该层所述截面的加工路径和工艺参数，并以G代码的形式输出。
5.根据权利要求1所述的G代码生成方法，其特征在于，所述根据所述连续激光3D打印模式下的每层所述截面的加工路径和工艺参数，确定脉冲激光3D打印模式下的该层所述截面的加工路径和工艺参数，基于预先建立的加工路径和工艺参数转换模型实现；
所述加工路径和工艺参数模型内置脉冲激光动态模拟算法。
6.根据权利要求5所述的G代码生成方法，其特征在于，所述加工路径和工艺参数转换模型的转换流程为：
在所述连续激光3D打印模式下的每层所述截面的加工路径和工艺参数对应的每段G代码中提取X数据和Y数据；
基于提取的X数据和Y数据，生成XY线段；
计算脉冲激光3D打印模式下的激光开关时间自适应搭接率，得到激光开关数据；
基于所述激光开关数据对所述XY线段进行切分，得到多个点坐标；
根据得到的每个所述点坐标以及已知的激光脉冲宽度和周期，计算脉冲激光的水平移速和持续时间；
生成Z数据；
输出得到的坐标数据、所述激光开关数据、所述水平移速和所述持续时间。
7.根据权利要求6所述的G代码生成方法，其特征在于，所述加工路径和工艺参数转换模型所采用的线段生成及分切方法包括：
读取第一线段坐标数据(x1，y1)、第二线段坐标数据(x2，y2)和点间距数据；
将坐标数据转化为向量，并生成单位向量(xi，yi)；
利用循环语句计算点坐标(x1+nxi，y1+nyi)，n从零开始，终点为(x2，y2)；
输出所有的点坐标。
8.根据权利要求6所述的G代码生成方法，其特征在于，所述根据脉冲激光3D打印模式下的每层所述截面的加工路径和工艺参数，生成该层所述截面的3D打印G代码，包括：
预置G代码格式；
接收所述加工路径和工艺参数转换模型输出的坐标数据、所述激光开关数据、所述水平移速和所述持续时间；
利用循环语句和操作符，将接收的所述坐标数据、所述激光开关数据、所述水平移速和所述持续时间添加到预置的G代码格式中，形成G代码；
将形成的G代码记录到程序文档中。
9.根据权利要求3所述的G代码生成方法，其特征在于，所述加工路径和工艺参数转换模型还用于对外部输入的连续激光3D打印模式下的每层所述截面的加工路径和工艺参数进行转换。
10.根据权利要求1所述的G代码生成方法，其特征在于，脉冲激光3D打印模式下的所述截面的工艺参数包括：激光直径、脉冲宽度、脉冲周期、层厚、总高、X尺寸和Y尺寸。
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