CN114030181A - 一种变层厚3d打印切片方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种变层厚3D打印切片方法，包括：获取当前打印层与打印上一层之间的表面差异数值；根据表面差异数值确定当前打印层的层厚数值。本发明根据模型特征和层厚序列参数的设定，实现自动变层厚进行切片，对于侧面不平整的物体，在准确描述物体侧面特征的前提下可效率最大化，保证打印物体精度并大幅提升打印速度与效率。
Description
技术领域
本发明属于3D打印技术领域，尤其涉及一种变层厚3D打印切片方法。
背景技术
随着我国3D打印技术的发展，打印技术也逐渐走向成熟，对打印产品的精度以及效率要求也越来越高，一般打印时需先对模型进行切片处理，保存切片数据后按照相应的数据进行操作即可完成实体工件的制造。
目前常见的层切方式都是等层厚的，等层厚层切方式适用于侧面平整的3D模型，若是应用在侧面不平整物体打印上时，采用等层厚层切方式将会使表面轮廓的层级非常明显。
为解决上述技术问题，本领域技术人员提出一种通过判断每层的斜率角来确定每层层厚的方式进行切片，打印过程包括：首先分析识别三维模型的内外轮廓的每个切片位置相对切片方向的斜率角，并确定同一切片位置处各斜率角的最小值；设定三维模型各内外轮廓部位对应的斜率角的最小值与切片层的厚度的函数关系，斜率角最小值与切片层厚度成一次函数关系；确定整个三维模型各部位对应的各切片层的厚度。上述方式无法真正达到去除层纹的效果，只能使侧面的平整度达到一个符合要求的范围。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种变层厚3D打印切片方法。
为了对披露的实施例的一些方面有一个基本的理解，下面给出了简单的概括。该概括部分不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围。其唯一目的是用简单的形式呈现一些概念，以此作为后面的详细说明的序言。
本发明采用如下技术方案：
在一些可选的实施例中，提供一种变层厚3D打印切片方法，包括：获取当前打印层与打印上一层之间的表面差异数值；根据所述表面差异数值确定当前打印层的层厚数值。
进一步的，所述表面差异数值包括：当前打印层与打印上一层的层切图像的不重合部分的最大宽度数值以及不重合部分的面积数值。
进一步的，所述获取当前打印层与打印上一层之间的表面差异数值的过程包括：将当前打印层以及打印上一层的层切图像中的阴影部分中的各像素记录为1，其他位置记录为0，经过异或运算得到差异图；通过所述差异图获取所述最大宽度数值及所述面积数值。
进一步的，所述根据表面差异数值确定当前打印层的层厚数值的过程包括：判断所述表面差异数值中的最大宽度数值是否小于第一阈值且所述面积数值是否小于第二阈值，若是则保存当前打印层的层厚数值，若否则依次减小层厚序列参数后再进行层切直至所述表面差异数值中的最大宽度数值小于第一阈值且所述面积数值小于第二阈值。
进一步的，所述判断表面差异数值中的最大宽度数值是否小于第一阈值且所述面积数值是否小于第二阈值之前还包括：设定所述层厚序列参数，且所述层厚序列参数的层厚数值依次递增；使用所述层厚序列参数中的最小层厚数值进行初始层的层切，并将初始层的层切图像记为当前打印层的层切图像；保存当前打印层的层厚数值，并将当前打印层的层切图像记为打印上一层的层切图像。
进一步的，所述的一种变层厚3D打印切片方法，还包括：判断打印是否到达顶部，若是已到达顶部则结束打印，若未到达顶部则选取所述层厚序列参数中的最大层厚数值进行当前层的层切。
本发明所带来的有益效果：本发明根据模型特征和层厚序列参数的设定，实现自动变层厚进行切片，对于侧面不平整的物体，在准确描述物体侧面特征的前提下可效率最大化，保证打印物体精度并大幅提升打印速度与效率。
附图说明
图1是本发明一种变层厚3D打印切片方法的流程示意图；
图2是本发明3D打印台阶现象示意图；
图3是本发明获取差异图的示意图；
图4是本发明腐蚀示意图。
具体实施方式
以下描述和附图充分地展示出本发明的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。其他实施方案可以包括结构的、逻辑的、电气的、过程的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的部件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。
下文中将Ln定义为当前打印层，将Lp定义为打印上一层，并设定层厚序列参数Ti。
如图1-3所示，在一些说明性的实施例中，提供一种变层厚3D打印切片方法，根据打印物体的几何特征，采用自动变层厚的方式，在确保精度的同时满足效率最大化，具体包括：首先获取当前打印层Ln与打印上一层Lp之间的表面差异数值，然后根据表面差异数值确定当前打印层Ln的层厚数值。
具体的，获取Ln与Lp的表面差异数值的过程包括：
首先，如图3所示，在某像素位置，将当前打印层Ln以及打印上一层Lp的层切图像中的阴影部分中的各像素记录为1，其他位置记录为0，Ln的层切图像与Lp的层切图像经过异或运算得到一个表示新层相对上一层的差异图；
然后通过差异图获取最大宽度数值lstep及所述面积数值Sstep，即表面差异数值中的两个参数是通过对差异图进行处理而获取的，两个参数包括：当前打印层Ln与打印上一层Lp的层切图像的不重合部分的最大宽度数值lstep以及不重合部分的面积数值Sstep，其中层切图像的不重合部分由差异图进行展现。
从图像处理的角度理解获取Ln与Lp的表面差异数值的过程是对两个具有同样尺寸的二值图像进行检测计算。
其中，通过差异图获取最大宽度数值lstep及面积数值Sstep这两个参数的方法为：如图4所示，本发明定性来看，只要差异图最大宽度数值lstep在第一阈值lmax范围内即可。为了定量刻画这判断，可利用图形学处理的腐蚀操作。所谓腐蚀操作，即确定一个结构元素，用结构元素的中心在图像上依次遍历所有像素。把中心放到某像素处，若结构元素覆盖处所有的像素都是1，则新图像中与该像素相同的位置为1，其他情况都为0。图4所示为一个腐蚀的例子，可以看到图像经过腐蚀之后向内缩小。同样道理，如果对差异图进行腐蚀操作，则会缩小宽度，如果差异图细窄，则经过腐蚀操作之后图像为空，反之不为空，面积数值Sstep为累加和，以此为判据，即可完成通过对差异图的处理完成自动变层厚。
其中，新增的几何尺寸参数，单位为像素，用来表示容差；该值越大，表示能接受更宽的差异图。
如图1所示，具体打印时，根据表面差异数值确定当前打印层Ln的层厚数值的过程包括如下步骤：
101：设定层厚序列参数Ti，且层厚序列参数Ti的层厚数值依次递增。每个打印机可以设定相对固定的层厚序列参数Ti，比如分别为T1～T5，其中T1表示最小层厚数值，T5表示最大层厚数值，中间层厚数值依次递增。
本发明打印变层厚要求在满足一定条件的情况下尽可能从中选用较大层厚数值进行层切，以减少层切的层数，从而实现效率最大化。
102：使用层厚序列参数中的最小层厚数值T1进行初始层的层切，并将初始层的层切图像记为当前打印层Ln的层切图像。初始时使用最小层厚数值T1进行层切可以确保层切首层达到设定的最高精度。
103：保存当前打印层Ln的层厚数值，并将当前打印层Ln的层切图像记为打印上一层Lp的层切图像，准备切新层。
104：判断打印是否到达顶部，若是已到达顶部则结束打印，若未到达顶部则进行步骤105。打印时实时记录层高，当层高达到最高值时即可判定打印已到达顶部。判断是否到达顶部可以简化整体流程，明确打印停止的时间点，进一步效率最大化。
105：选取层厚序列参数中的最大层厚数值T5进行当前层的层切。
106：使用选取的Ti进行当前层的层切，并记录为Ln。
107：判断选取的Ti是否为层厚序列参数Ti中的最小层厚数值，若是最小层厚数值则返回步骤103，若不是最小层厚数值则进行步骤108。
108：判断Ln与Lp是否满足要求，即判断表面差异数值中的最大宽度数值lstep是否小于第一阈值且面积数值Sstep是否小于第二阈值，若满足要求则返回步骤103，若不满足要求则进行步骤109。
109：减小层厚序列参数，并返回步骤106。依次减小层厚序列参数再进行层切直至Ln与Lp满足要求，即表面差异数值中的最大宽度数值lstep小于第一阈值且面积数值Sstep小于第二阈值。
使用变层厚的目的是为了既保证层切数目小，又保证台阶现象在可控范围内，台阶现象如图2所示，差异图展现的新打印的层相对上一层不重合的部分，其最大宽度数值为lstep，其面积数值为Sstep，本发明则需要保证lstep小于第一阈值lmax，同时Sstep小于第二某个阈值Smax。因此，本发明则在保证lstep小于lmax同时Sstep小于Smax的情况下，层厚Ti取最大值，从而在确保切片精度的前提下，实现切层数量最少，打印效率最高。
本发明目的是消除层纹现象，采用多个层厚选项可供选择，比如上文中的五个层厚，在层切时会自动检测图片并自动给出该层的层厚大小，因为3D打印的物体属于层叠式结构，所以打印一层两层可能效果不明显，但是打印一百层甚至一千层就很难看到层纹的存在了。因此本发明根据模型特征和层厚序列设定，实现自动变层厚切片功能，对于侧面不平整的物体，在准确描述物体侧面特征的同时，可最大化效率，同时解决精度和效率的问题。
本领域技术人员还应当理解，结合本文的实施例描述的各种说明性的逻辑框、模块、电路和算法步骤均可以实现成电子硬件、计算机软件或其组合。为了清楚地说明硬件和软件之间的可交换性，上面对各种说明性的部件、框、模块、电路和步骤均围绕其功能进行了一般地描述。至于这种功能是实现成硬件还是实现成软件，取决于特定的应用和对整个系统所施加的设计约束条件。熟练的技术人员可以针对每个特定应用，以变通的方式实现所描述的功能，但是，这种实现决策不应解释为背离本公开的保护范围。
Claims (6)
1.一种变层厚3D打印切片方法，其特征在于，包括：获取当前打印层与打印上一层之间的表面差异数值；根据所述表面差异数值确定当前打印层的层厚数值。
2.根据权利要求1所述的一种变层厚3D打印切片方法，其特征在于，所述表面差异数值包括：当前打印层与打印上一层的层切图像的不重合部分的最大宽度数值以及不重合部分的面积数值。
3.根据权利要求2所述的一种变层厚3D打印切片方法，其特征在于，所述获取当前打印层与打印上一层之间的表面差异数值的过程包括：
将当前打印层以及打印上一层的层切图像中的阴影部分中的各像素记录为1，其他位置记录为0，经过异或运算得到差异图；
通过所述差异图获取所述最大宽度数值及所述面积数值。
4.根据权利要求3所述的一种变层厚3D打印切片方法，其特征在于，所述根据表面差异数值确定当前打印层的层厚数值的过程包括：
判断所述表面差异数值中的最大宽度数值是否小于第一阈值且所述面积数值是否小于第二阈值，若是则保存当前打印层的层厚数值，若否则依次减小层厚序列参数后再进行层切直至所述表面差异数值中的最大宽度数值小于第一阈值且所述面积数值小于第二阈值。
5.根据权利要求4所述的一种变层厚3D打印切片方法，其特征在于，所述判断表面差异数值中的最大宽度数值是否小于第一阈值且所述面积数值是否小于第二阈值之前还包括：
设定所述层厚序列参数，且所述层厚序列参数的层厚数值依次递增；
使用所述层厚序列参数中的最小层厚数值进行初始层的层切，并将初始层的层切图像记为当前打印层的层切图像；
保存当前打印层的层厚数值，并将当前打印层的层切图像记为打印上一层的层切图像。
6.根据权利要求5所述的一种变层厚3D打印切片方法，其特征在于，还包括：判断打印是否到达顶部，若是已到达顶部则结束打印，若未到达顶部则选取所述层厚序列参数中的最大层厚数值进行当前层的层切。
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