CN114103126B - 一种不等壁厚回转体3d打印扫描填充路径规划方法 - Google Patents

一种不等壁厚回转体3d打印扫描填充路径规划方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种不等壁厚回转体3D打印扫描填充路径规划方法，S1.获得切片轮廓，切片轮廓包括内轮廓线与外轮廓线；S2.获取切片轮廓的圆心C；S3.构建以C为圆心以及分别以R0和R1为半径的同心圆，R0为圆心至内轮廓线的最大距离，R1为圆心至外轮廓线的最大距离；S4.以C为圆心，以角度θ为间隔生成若干射线序列{T1,T2,T3,...,Tm}，射线与切片轮廓相交依次生成端点序列
Figure DDA0003376627590000011
S5.生成线段序列
Figure DDA0003376627590000012
为
Figure DDA0003376627590000013
与
Figure DDA0003376627590000014
之间连接形成的线段；S6.将线段序列中不同m、相同n的线段划分为同一分区，形成多个分区；S7.随机选取一分区中最左侧或右侧线段的端点作为填充起点，依次连接同一分区中的线段，每个端点仅填充一次，遍历填充全部分区。

Description

一种不等壁厚回转体3D打印扫描填充路径规划方法
技术领域
本发明涉及3D打印的技术领域，尤其是涉及一种不等壁厚回转体3D打印扫描填充路径规划方法。
背景技术
3D打印技术通常基于离散—堆积原理，是一种以数字模型为基础，采用材料逐层累加的方法制造出实体物品的制造技术，又被称为增材制造技术。
在增材制造技术中，对三维模型分层切片后的切片轮廓进行扫描填充路径规划是其关键技术之一。对于不等壁厚的零件，目前采用较多的平行线扫描法或偏置轮廓法生成的扫描填充路径存在一定缺陷，当采用平行线扫描法对复杂多边形生成填充路径时，难以形成一条连续的打印路径，并且拐角处的表面形貌较差；当采用偏置轮廓法生成填充路径时，由于多边形形状和填充宽度并不能保证完全填充整个轮廓区域，容易在几何中心处形成间隙或生成过多路径，导致打印的中断次数较多。
传统的电弧熔丝增材制造技术通常采用示教的方式进行路径规划，该方法适用于结构简单，形状规则的产品；对于变截面构件而言，使用示教方式进行路径规划会很大程度增加工作量，严重制约生产效率。因此，需要适用于电弧熔丝增材制造技术的高效便捷的自动路径规划方法。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的之一是提供一种不等壁厚回转体3D打印扫描填充路径规划方法。
本发明的上述发明目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种不等壁厚回转体3D打印扫描填充路径规划方法，包括以下步骤：
S1.构建三维模型，并对三维模型进行分层切片处理，获得各层的切片轮廓，切片轮廓包括内轮廓线与外轮廓线；
S2.获取切片轮廓的圆心C，圆心C与三维模型的回转轴线重合；
S3.构建以C为圆心以及分别以R0和R1为半径的同心圆，R0为圆心至内轮廓线的最大距离，R1为圆心至外轮廓线的最大距离；
S4.以C为圆心，以角度θ为间隔生成若干射线序列{T1,T2,T3,...,Tm}，射线与切片轮廓相交依次生成端点序列
Figure BDA0003376627570000021
S5.生成线段序列
Figure BDA0003376627570000022
Figure BDA0003376627570000025
为
Figure BDA0003376627570000024
与
Figure BDA0003376627570000023
之间连接形成的线段；
S6.将线段序列中不同m、相同n的线段划分为同一分区，形成多个分区；
S7.随机选取一分区中最左侧或右侧线段的端点作为填充起点，依次连接同一分区中的线段，每个端点仅填充一次，遍历填充全部分区。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：
S3中构建R0与R1之间的圆环中心线R；
S4中圆环中心线R上以长度w等间隔生成圆周点序列
Figure BDA0003376627570000026
相邻圆周点之间弧长对应的夹角为θ，w为填充宽度。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：S7中在填充过程中，按照顺时针或逆时针方向进行填充，并且若上一线段的填充终点与下一线段的填充起点之间的间距不大于1.8w^2时，连接该填充终点与填充起点；若上一线段的填充终点与下一线段的填充起点之间的间距大于1.8w^2时，终止当前连续填充，从下一待填充端点开始新的连续填充。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：
S1中切片轮廓还包括内轮廓线与外轮廓线向内偏置的内轮廓偏置线与外轮廓偏置线；
S4中射线与内轮廓偏置线与外轮廓偏置线相交形成端点序列；
S7中不同线段端点之间沿内轮廓偏置线或外轮廓偏置线填充。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述偏置距离为w。
综上所述，本发明包括以下至少一种有益技术效果：
1.本发明通过判定与切片轮廓相交的射线上是否存在任意两交点间的区域不属于切片轮廓范围，对切片轮廓进行分区，顺序连接各子分区的线段生成连续的填充路径；适用于制造单连通的薄壁件，特别是不等壁厚件；
2.利用本发明方法生成的填充路径与平行扫描生成的填充路径相比，空行程较短，加工效率较高；
3.与仅采用偏置扫描生成的填充路径相比，不会在轮廓中心出现空腔，成形的零件几何形态较好，空行程更少，加工效率更高。
附图说明
图1是切片轮廓的示意图；
图2是内轮廓偏置线和外轮廓偏置线的示意图；
图3是切片轮廓上R0、R、R1的示意图；
图4是端点序列示意图；
图5是分区示意图；
图6是切片轮廓填充轮径示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
一种不等壁厚回转体3D打印扫描填充路径规划方法，为了便于对本发明方案理解以图1中的结构作为本发明方法实施的具体对象。
如图1所示，S1.构建三维模型，并对三维模型进行分层切片处理，获得各层的切片轮廓，切片轮廓包括内轮廓线与外轮廓线，内轮廓线向填充区域的内部偏置w的距离形成内轮廓偏置线，外轮廓线向填充区域内部偏置w的距离形成外轮廓偏置线，w为填充宽度；
S2.三维模型具有一旋转轴线，则切片轮廓中与旋转轴线重合的点作为该切片轮廓的圆心C；
结合图2，S3.选取外轮廓线上与圆心C最远的一点，并以该点与圆心C之间距离作为半径且以C作为圆心构建外圆R1，选取内轮廓线上与圆心C最远的一端，并以该点与圆心C之间的距离作为半径且以C作为圆心构建内圆R0，R1与R0为同心圆，同时在R1与R0之间构建圆环中心线R；
结合图3，S4.在圆环中心线R上以长度w等间隔生成两圆周点p1与p2，计算得出p1与p2之间弧长对应的夹角θ，并以C作为圆心，以角度θ为间隔生成若干的射线序列{T1,T2,T3,...,Tm}，射线与内轮廓偏置线和外轮廓偏置线相交形成由内至外的端点序列
Figure BDA0003376627570000041
Figure BDA0003376627570000042
结合图4，S5.生成线段序列
Figure BDA0003376627570000043
Figure BDA0003376627570000046
为
Figure BDA0003376627570000045
与
Figure BDA0003376627570000044
之间连接形成的线段；
结合图5，S6.将线段序列中不同m值(即不同的射线)、相同n值的线段划分为同一分区，形成多个分区，本实施例中形成7个分区；
结合图6，S7.随机选取一分区中最左侧或右侧线段的端点作为填充起点，依次连接同一分区中的线段，每个端点仅填充一次，不同线段端点之间连接时沿内轮廓偏置线和外轮廓偏置线进行填充，遍历填充全部分区；
其中在填充过程中，始终按照顺时针或逆时针填充各线段，并且若上一线段的填充终点与下一线段的填充起点之间的间距不大于1.8w^2时，连接该填充终点与填充起点；
若上一线段的填充终点与下一线段的填充起点之间的间距大于1.8w^2时，终止当前连续填充，从下一待填充端点开始新的连续填充(如图中的A点与B点)。
本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种不等壁厚回转体3D打印扫描填充路径规划方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1.构建三维模型，并对三维模型进行分层切片处理，获得各层的切片轮廓，切片轮廓包括内轮廓线与外轮廓线；
S2.获取切片轮廓的圆心C，圆心C与三维模型的回转轴线重合；
S3.构建以C为圆心以及分别以R0和R1为半径的同心圆，R0为圆心至内轮廓线的最大距离，R1为圆心至外轮廓线的最大距离；
S4.以C为圆心，以角度θ为间隔生成若干射线序列{T1,T2,T3,...,Tm}，射线与切片轮廓相交依次生成端点序列
Figure FDA0003877850480000011
n大于等于2；
S5.生成线段序列
Figure FDA0003877850480000012
Figure FDA0003877850480000013
为
Figure FDA0003877850480000014
与
Figure FDA0003877850480000015
之间连接形成的线段；
S6.将线段序列中不同m、相同n的线段划分为同一分区，形成多个分区；
S7.随机选取一分区中最左侧或右侧线段的端点作为填充起点，依次连接同一分区中的线段，每个端点仅填充一次，遍历填充全部分区；
此外，
S3中构建R0与R1之间的圆环中心线R；
S4中圆环中心线R上以长度w等间隔生成圆周点序列
Figure FDA0003877850480000016
相邻圆周点之间弧长对应的夹角为θ，w为填充宽度。
2.根据权利要求1所述的不等壁厚回转体3D打印扫描填充路径规划方法，其特征在于：S7中在填充过程中，按照顺时针或逆时针方向进行填充，并且若上一线段的填充终点与下一线段的填充起点之间的间距不大于1.8w^2时，连接该填充终点与填充起点；若上一线段的填充终点与下一线段的填充起点之间的间距大于1.8w^2时，终止当前连续填充，从下一待填充端点开始新的连续填充。
3.根据权利要求2所述的不等壁厚回转体3D打印扫描填充路径规划方法，其特征在于：
S1中切片轮廓还包括内轮廓线与外轮廓线向内偏置的内轮廓偏置线与外轮廓偏置线；
S4中射线与内轮廓偏置线与外轮廓偏置线相交形成端点序列；
S7中不同线段端点之间沿内轮廓偏置线或外轮廓偏置线填充。
4.根据权利要求3所述的不等壁厚回转体3D打印扫描填充路径规划方法，其特征在于：所述内轮廓线与外轮廓线向内偏置的偏置距离为w。
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