CN115194931B - 混凝土3d打印路径的规划方法、装置、设备及存储介质 - Google Patents

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CN115194931B CN202211112551.8A CN202211112551A CN115194931B CN 115194931 B CN115194931 B CN 115194931B CN 202211112551 A CN202211112551 A CN 202211112551A CN 115194931 B CN115194931 B CN 115194931B
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Abstract

本发明提供一种混凝土3D打印路径的规划方法、装置、设备及存储介质，该方法包括：基于待打印的六面体模型，构建六面体模型的目标面上的每个点与目标面的映射关系；其中，目标面为六面体模型中的任意一面；基于预先构建的六面体模型的映射函数、预先构建的模板路径、以及目标面上的每个点与目标面的映射关系，构建六面体模型的打印路径；其中，模板路径为构建在单位立方体中的多层Z形曲线、且每层Z形曲线在XY平面的投影相同。本发明可以最大程度上消除台阶效应。

Description

混凝土3D打印路径的规划方法、装置、设备及存储介质
技术领域
本发明涉及混凝土3D打印技术领域，尤其涉及一种混凝土3D打印路径的规划方法、装置、设备及存储介质。
背景技术
混凝土3D打印是一种新型的土木工程智能建造技术，该技术通过混凝土3D打印机带动喷嘴逐层挤出混凝土材料，堆积成型混凝土构件。其凭借着打印过程中无需模板、自动化、材料节省、施工快速快、设计自由度高等优势，已被业界广泛关注并使用，代表了建筑业自动化发展的趋势。
混凝土3D打印技术通常使用先进制造设备进行制造，目前常用的制造设备有门架式打印机和工业机器人，尺寸从实验室尺寸到现场尺寸不等，这大大减少了劳动力。由于先进制造设备的全自动操作，计算机辅助设计（Computer Aided Design，CAD）和计算机辅助制造（Computer Aided Manufacturing，CAM）技术成为混凝土3D打印的关键。相比于传统的施工资料，混凝土3D打印需要更为精细、具体、数字化的建筑构件的3D模型以及模型处理方法。
混凝土3D打印的切片及路径规划是3D打印的重要工序，目标是生成3D打印机可读的控制指令。然而，目前的切片方法会导致台阶效应，影响3D曲面类型构件的打印质量。
发明内容
本发明实施例提供了一种混凝土3D打印路径的规划方法、装置、设备及存储介质，以解决目前3D打印曲面类型构建时易出现台阶效应的问题。
第一方面，本发明实施例提供了一种混凝土3D打印路径的规划方法，包括：
基于待打印的六面体模型，构建六面体模型的目标面上的每个点与目标面的映射关系；其中，目标面为六面体模型中的任意一面；
基于预先构建的六面体模型的映射函数、预先构建的模板路径、以及目标面上的每个点与目标面的映射关系，构建六面体模型的打印路径；其中，模板路径为构建在单位立方体中的多层Z形曲线、且每层Z形曲线在XY平面的投影相同。
在一种可能的实现方式中，基于待打印的六面体模型，构建六面体模型的目标面上的每个点与目标面的映射关系，包括：
将六面体模型中的每条边均等分为n等份，基于每条边上的每个等分点与该条边的相对长度的映射关系，确定每条边上的每个点与该条边的映射关系；
基于每条边上的每个点与该条边的映射关系，确定六面体模型中目标面上的每个点与目标面的映射关系。
在一种可能的实现方式中，基于预先构建的六面体模型的映射函数、预先构建的模板路径、以及目标面上的每个点与目标面的映射关系，构建六面体模型的打印路径，包括：
在单位立方体中构建与六面体模型的6个面相对应的六面体模型的映射函数；
将预先构建的模板路径、以及目标面上的每个点与目标面的映射关系代入到映射函数中，得到六面体模型的打印路径。
在一种可能的实现方式中，映射函数B(x,y,z)为：
B(x,y,z)=0.5[(1-x)S 1(y,z)+xS 2(y,z)+(1-y)S 3(x,z)+yS 4(x, z)+(1-z)S 5(x,y)+zS 6(x,y)]
+ 0.25C(x,y,z)]；
其中，0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1，B(x,y,z)为1×1×1的单位立方体；
C(x,y,z)=-2[(1-x)(1-y)(1-z)B(0,0,0)+(1-x)(1-y)zB(0,0,1)+(1-x)y(1-z)B(0,1,0)+(1-x)yzB(0,1,1)+x(1-y)(1-z)B(1,0,0)+x(1-y)zB(1,0,1)+xy(1-z)B(1,1,0)+xyzB(1,1,1)]。
在一种可能的实现方式中，六面体模型中6个面上的每个点与该面的映射关系分别为：
Figure 91980DEST_PATH_IMAGE001
Figure 966395DEST_PATH_IMAGE002
Figure 139888DEST_PATH_IMAGE003
Figure 353831DEST_PATH_IMAGE004
Figure 321787DEST_PATH_IMAGE005
Figure 683499DEST_PATH_IMAGE006
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE007
；
L m =[P 1 m, P 2 m,…, P n+1 m]，P 1 m, P 2 m,…, P n+1 m分别为L m 上的n个等分点的节点，n为正整数，预先构建的模板路径为g，g=[g u ，g v ，g w ]，
g u = [g u1，g u2,…，g un ] T ，g v = [g v1，g v2，…，g vn ] T ，
g w = [g w1，g w2，…，g wn ] T ，0≤u≤1，0≤v≤1，0≤w≤1，m为1至12的整数。
在一种可能的实现方式中，方法还包括：
基于打印路径上相邻层间在XY方向投影相同的点之间的距离，确定打印路径上每点的打印厚度；
基于打印厚度、挤出宽度以及挤料速度，确定待打印的六面体模型的打印控制指令。
在一种可能的实现方式中，基于打印厚度、挤出宽度以及挤料速度，确定待打印的六面体模型的打印控制指令，包括：
基于打印厚度、挤出宽度以及挤料速度，确定打印速度；
基于打印速度及打印路径，确定待打印的六面体模型的打印控制指令；
其中，打印速度为f：
Figure 349097DEST_PATH_IMAGE008
；
其中，Q为挤料速度，w为挤出宽度，t为打印厚度。
第二方面，本发明实施例提供了一种混凝土3D打印路径的规划装置，包括：
构建映射关系模块：用于基于待打印的六面体模型，构建六面体模型中目标面上的每个点与目标面的映射关系；其中，目标面为六面体模型中的任意一面；
构建打印路径模块，用于基于预先构建的六面体模型的映射函数、预先构建的模板路径、以及目标面上的每个点与目标面的映射关系，构建六面体模型的打印路径；其中，模板路径为构建在单位立方体中的多层Z形曲线、且每层Z形曲线在XY平面的投影相同。
在一种可能的实现方式中，构建映射关系模块：用于将六面体模型中的每条边均等分为n等份，基于每条边上的每个等分点与该条边的相对长度的映射关系，确定每条边上的每个点与该条边的映射关系；
基于每条边上的每个点与该条边的映射关系，确定六面体模型中目标面上的每个点与目标面的映射关系。
在一种可能的实现方式中，构建打印路径模块，用于在单位立方体中构建与六面体模型的6个面相对应的六面体模型的映射函数；
将预先构建的模板路径、以及目标面上的每个点与目标面的映射关系代入到映射函数中，得到六面体模型的打印路径。
在一种可能的实现方式中，映射函数B(x,y,z)为：
B(x,y,z)=0.5[(1-x)S 1(y,z)+xS 2(y,z)+(1-y)S 3(x,z)+yS 4(x, z)+(1-z)S 5(x,y)+zS 6(x,y)] + 0.25C(x,y,z)]；
其中，0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1，B(x,y,z)为1×1×1的单位立方体；
Figure 479865DEST_PATH_IMAGE009
在一种可能的实现方式中，六面体模型中6个面上的每个点与该面的映射关系分别为：
Figure 618722DEST_PATH_IMAGE001
Figure 405412DEST_PATH_IMAGE002
Figure 655128DEST_PATH_IMAGE003
Figure 905981DEST_PATH_IMAGE004
Figure 215739DEST_PATH_IMAGE005
Figure 489726DEST_PATH_IMAGE006
其中，
Figure 543133DEST_PATH_IMAGE010
L m =[P 1 m, P 2 m,…, P n+1 m]，P 1 m, P 2 m,…, P n+1 m分别为L m 上的n个等分点的节点，n为正整数，预先构建的模板路径为g，g=[g u ，g v ，g w ]，
g u = [g u1，g u2,…，g un ] T ，g v = [g v1，g v2，…，g vn ] T ，
g w = [g w1，g w2，…，g wn ] T ，0≤u≤1，0≤v≤1，m为1至12的整数。
在一种可能的实现方式中，还包括：打印指令模块，用于基于打印路径上相邻层间在XY方向投影相同的点之间的距离，确定打印路径上每点的打印厚度；
基于打印厚度、挤出宽度以及挤料速度，确定待打印的六面体模型的打印控制指令。
在一种可能的实现方式中，打印指令模块，用于基于打印厚度、挤出宽度以及挤料速度，确定打印速度；
基于打印速度及打印路径，确定待打印的六面体模型的打印控制指令；
其中，打印速度为f：
Figure 648492DEST_PATH_IMAGE008
；
其中，Q为挤料速度，w为挤出宽度，t为打印厚度。
第三方面，本发明实施例提供了一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上第一方面或第一方面的任一种可能的实现方式所述混凝土3D打印路径的规划方法的步骤。
第四方面，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上第一方面或第一方面的任一种可能的实现方式所述混凝土3D打印路径的规划方法的步骤。
本发明实施例提供一种混凝土3D打印路径的规划方法、装置、设备及存储介质，首先，基于待打印的六面体模型，构建六面体模型的目标面上的每个点与目标面的映射关系。然后，基于预先构建的六面体模型的映射函数、预先构建的模板路径、以及目标面上的每个点与目标面的映射关系，构建六面体模型的打印路径；其中，模板路径为构建在单位立方体中的多层Z形曲线、且每层Z形曲线在XY平面的投影相同。从而使得打印路径由模板路径和待打印的六面体模型的形态共同决定。且模板路径在每一层的形态是一致的，从而可在最大程度上消除台阶效应。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种混凝土3D打印的路径规划方法的实现流程图；
图2是本发明实施例提供的待打印的六面体模型的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的一种模板路径的结构示意图；
图4是本发明实施例提供的一种参数六面体的结构示意图；
图5是本发明实施例提供的图2的打印路径示意图；
图6是本发明实施例提供的计算打印厚度的结构示意图；
图7是本发明实施例提供的混凝土3D打印的路径规划装置的结构示意图；
图8是本发明实施例提供的电子设备的示意图。
具体实施方式
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图通过具体实施例来进行说明。
正如背景技术中所描述的，混凝土3D打印的切片及路径规划是3D打印的重要工序。目前，有利用形状可变的喷头提升表面质量的方法，但是这种方法需要在现有的3D打印设备上外加新的控制系统与硬件，大大增加了打印成本。也有利用不同的打印层厚来提升打印质量，但是利用这种方法可以减少层间的偏移量，从而提升打印质量，但是无法获得完整的3D曲面。
目前现有的切片方法会导致严重的台阶效应，影响3D曲面类型构件的打印质量。
为了解决现有技术问题，本发明实施例提供了一种混凝土3D打印路径的规划方法、装置、设备及存储介质。下面首先对本发明实施例所提供的混凝土3D打印路径的规划方法进行介绍。
混凝土3D打印路径的规划方法的执行主体，可以是混凝土3D打印路径的规划装置，该混凝土3D打印路径的规划装置可以是具有处理器和存储器的电子设备，例如移动电子设备或者非移动电子设备。本发明实施例不作具体限定。
参见图1，其示出了本发明实施例提供的混凝土3D打印路径的规划方法的实现流程图，详述如下：
步骤S110、基于待打印的六面体模型，构建六面体模型的目标面上的每个点与目标面的映射关系。
对于待打印的六面体模型，需要构建其每个边以及每个面与其上的点的映射关系，当确定每个面上的点与该面的映射关系后，即可将待打印的六面体模型构建起来。
一些实施例中，可以先构建每条边上的每个点与该条边的映射关系。
将六面体模型中的每条边均等分为n等份，基于每条边上的每个等分点与该条边的相对长度的映射关系，确定每条边上的每个点与该条边的映射关系。
具体的，以图2所示的待打印的六面体模型为例进行说明，以图2中的待打印的六面体模型的L1为例进行说明。
首先，将L1边等分为n份，即有n+1个节点，L1上的n+1个节点的列表为：L1 = [P1, P2,…, Pn+1]，则L1上的n+1个节点的长度参数为
Figure 332414DEST_PATH_IMAGE011
，其中
i = 1, 2,…n+1，从而即可用长度参数将L1进行参数化描述。L1进行参数化表示为PL1(t i )，
Figure 624855DEST_PATH_IMAGE012
相应的，对待打印的六面体模型的另外5条边也要相应进行参数化表示，表示为PLm(t i )，
Figure 747532DEST_PATH_IMAGE007
将对待打印的六面体模型的每条边均进行参数化表示后，即可将4条边组成的面进行参数化表示。
基于每条边上的每个点与该条边的映射关系，确定六面体模型中目标面上的每个点与目标面的映射关系。仍以图2中所示的待打印的六面体模型为例进行说明，以S1面为例，S1由PL 1、PL 2、PL 9、PL 12组成，则S1上的每个点与S1面的映射关系可以表示为：
Figure 441818DEST_PATH_IMAGE001
从而可以用[0, 1]×[0, 1]参数域中的点遍历曲面上全部的点。
同样的，其余5个面上的每个点与该面的映射关系分别为：
Figure 545910DEST_PATH_IMAGE002
Figure 856805DEST_PATH_IMAGE003
Figure 252014DEST_PATH_IMAGE004
Figure 4070DEST_PATH_IMAGE005
Figure 92111DEST_PATH_IMAGE006
其中，P 1 m, P 2 m,…, P n+1 m分别为L m 上的n个等分点的节点，n为正整数，m为1至12的整数。
步骤S120、基于预先构建的六面体模型的映射函数、预先构建的模板路径、以及目标面上的每个点与目标面的映射关系，构建六面体模型的打印路径。
其中，模板路径为构建在单位立方体中的多层Z形曲线、且每层Z形曲线在XY平面的投影相同。
具体的，模板路径可以为在u-v-w坐标系中的1×1×1单位立方体中的任意多层曲线。预先构建的模板路径为g，g=[g u ，g v ，g w ]，g u = [g u1，g u2,…，g un ] T ，g v = [g v1，g v2，…，g vn ] T ，g w = [g w1，g w2，…，g wn ] T ，0≤u≤1，0≤v≤1，0≤w≤1。
步骤S1210、在单位立方体中构建与六面体模型的6个面相对应的六面体模型的映射函数。
首先，需要先构建与待打印六面体模型相匹配的参数六面体B，即与待打印六面体模型相匹配的映射函数B(x,y,z)。B(x,y,z)为构建在x-y-z坐标系中的1×1×1的单位立方体。B中每一个点可以通过参数体映射函数B(x,y,z)构建对应的关系。
具体的，映射函数B(x,y,z)为：
B(x,y,z)=0.5[(1-x)S 1(y,z)+xS 2(y,z)+(1-y)S 3(x,z)+yS 4(x, z)+(1-z)S 5(x,y)+zS 6(x,y)] + 0.25C(x,y,z)]；
其中，0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1。
Figure 624724DEST_PATH_IMAGE009
步骤S1220、将预先构建的模板路径、以及目标面上的每个点与目标面的映射关系代入到映射函数中，得到六面体模型的打印路径。
将预先构建的打印模板路径上的任一个点gi=[g ui , g vi , g wi ]为例，将g i =[g ui , g vi , g wi ]带入到映射函数B(x,y,z)中，得到：
p = B(g ui , g vi , g wi ) = 0.5[(1- g ui )S 1(g vi , g wi ) + g ui S 2(g vi , g wi ) + g ui S 2(g vi , g wi ) + (1- g vi )S 3(g ui , g wi ) + g vi S 4(g ui , g wi ) + (1- g wi )S 5(g ui , g vi ) + g wi S 6(g ui , g vi )] + 0.25C(g ui , g vi , g wi )]。
将预先构建的打印模板路径上的所有点均带入到映射函数B(x,y,z)中，即可得到待打印的六面体模型的打印路径。
在得到打印路径后，根据打印路径，即可计算得到打印厚度。
基于打印路径上相邻层间在XY方向投影相同的点之间的距离，确定打印路径上每点的打印厚度。
基于打印厚度、挤出宽度以及挤料速度，确定待打印的六面体模型的打印控制指令。
具体的，基于打印厚度、挤出宽度以及挤料速度，即可确定打印速度。
基于打印速度及打印路径，确定待打印的六面体模型的打印控制指令。
其中，打印速度为f：
Figure 823624DEST_PATH_IMAGE008
；
其中，Q为挤料速度，w为挤出宽度，t为打印厚度。
最后，在得到打印指令后，即可进行打印。
本发明提供的规划方法，首先，基于待打印的六面体模型，构建六面体模型的目标面上的每个点与目标面的映射关系。然后，基于预先构建的六面体模型的映射函数、预先构建的模板路径、以及目标面上的每个点与目标面的映射关系，构建六面体模型的打印路径；其中，模板路径为构建在单位立方体中的多层Z形曲线、且每层Z形曲线在XY平面的投影相同。从而使得打印路径由模板路径和待打印的六面体模型的形态共同决定。且模板路径在每一层的形态是一致的，从而可在最大程度上消除台阶效应。
下面仍以图2中的待打印六面体模型为例进行说明：
首先，基于图2中的待打印六面体模型，构建该六面体模型中每个面上的每个点与该面的映射关系。即基于每条边上的每个等分点与该条边的相对长度的映射关系，确定每条边上的每个点与该条边的映射关系为PLm(t i )：
Figure 430186DEST_PATH_IMAGE013
；
根据每个点与该条边的映射关系，确定每个面上的每个点与该面的映射关系分别为：
Figure 689129DEST_PATH_IMAGE001
Figure 709038DEST_PATH_IMAGE002
Figure 446049DEST_PATH_IMAGE003
Figure 172697DEST_PATH_IMAGE004
Figure 602541DEST_PATH_IMAGE005
Figure 844167DEST_PATH_IMAGE006
其中，0≤u≤1，0≤v≤1。
接着，构建模板路径，如图3所示，模板路径为在u-v-w坐标系中的1×1×1单位立方体中的间距为0.1，层厚为0.1的zigzag路径。预先构建的模板路径为g，g=[g u ，g v ，g w ]，g u =[g u1，g u2,…，g un ] T ，g v = [g v1，g v2，…，g vn ] T ，
g w = [g w1，g w2，…，g wn ] T ，0≤u≤1，0≤v≤1，0≤w≤1。
然后，构建与待打印六面体模型相匹配的参数六面体B，如图4所示的参数六面体的结构示意图。B(x,y,z)为构建在x-y-z坐标系中的1×1×1的单位立方体，构建待打印六面体模型相匹配的映射函数B(x,y,z)，
映射函数B(x,y,z)为：
B(x,y,z)=0.5[(1-x)S 1(y,z)+xS 2(y,z)+(1-y)S 3(x,z)+yS 4(x, z)+(1-z)S 5(x,y)+zS 6(x,y)] + 0.25C(x,y,z)]；
其中，0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1。
Figure 335935DEST_PATH_IMAGE009
将预先构建的打印模板路径上的任一个点gi=[g ui , g vi , g wi ]为例，将g i =[g ui , g vi , g wi ]带入到映射函数B(x,y,z)中，得到：
p = B(g ui , g vi , g wi ) = 0.5[(1- g ui )S 1(g vi , g wi ) + g ui S 2(g vi , g wi ) + g ui S 2(g vi , g wi ) + (1- g vi )S 3(g ui , g wi ) + g vi S 4(g ui , g wi ) + (1- g wi )S 5(g ui , g vi ) + g wi S 6(g ui , g vi )] + 0.25C(g ui , g vi , g wi )]。
最后，将预先构建的打印模板路径上的所有点均带入到映射函数B(x,y,z)中，即可得到待打印的六面体模型的打印路径，图5为待打印的六面体模型的打印路径。
在得到打印路径后，通过打印路径，可以计算得到打印厚度和打印速度。具体为：
如图6所示的计算打印厚度的结构示意图，设节点Q与P分别位于Layer i+1层和Layer i 层上，Q与P在x-y平面上的投影相同，则Q与P之间的打印厚度为t= Q z -P z， 即Q与P两点在Z方向上的坐标差值。基于打印厚度t、挤出宽度w以及挤料速度Q，即可确定打印速度f。
Figure 979406DEST_PATH_IMAGE008
；
通过上面的打印厚度。打印速度等相关参数确定后，即可得到打印指令，从而进行打印。
本申请中每一层的形态一致，即在XY平面上的投影是相同的，打印路径的厚度是渐变的，因此，可以最大程度上消除了台阶效应。且打印路径是由模板路径和待打印模型的形态共同决定的，因此可以通过改变模板路径灵活地改变打印路径。
应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。
基于上述实施例提供的混凝土3D打印路径的规划方法，相应地，本发明还提供了应用于该混凝土3D打印路径的规划方法的混凝土3D打印路径的规划装置的具体实现方式。请参见以下实施例。
如图7所示，提供了一种混凝土3D打印路径的规划装置700的结构示意图，该装置包括：
构建映射关系模块710：用于基于待打印的六面体模型，构建六面体模型中目标面上的每个点与目标面的映射关系；其中，目标面为六面体模型中的任意一面；
构建打印路径模块720，用于基于预先构建的六面体模型的映射函数、预先构建的模板路径、以及目标面上的每个点与目标面的映射关系，构建六面体模型的打印路径；其中，模板路径为构建在单位立方体中的多层Z形曲线、且每层Z形曲线在XY平面的投影相同。
在一种可能的实现方式中，构建映射关系模块710：用于将六面体模型中的每条边均等分为n等份，基于每条边上的每个等分点与该条边的相对长度的映射关系，确定每条边上的每个点与该条边的映射关系；
基于每条边上的每个点与该条边的映射关系，确定六面体模型中目标面上的每个点与目标面的映射关系。
在一种可能的实现方式中，构建打印路径模块720，用于在单位立方体中构建与六面体模型的6个面相对应的六面体模型的映射函数；
将预先构建的模板路径、以及目标面上的每个点与目标面的映射关系代入到映射函数中，得到六面体模型的打印路径。
在一种可能的实现方式中，映射函数B(x,y,z)为：
B(x,y,z)=0.5[(1-x)S 1(y,z)+xS 2(y,z)+(1-y)S 3(x,z)+yS 4(x, z)+(1-z)S 5(x,y)+zS 6(x,y)] + 0.25C(x,y,z)]；
其中，0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1，B(x,y,z)为1×1×1的单位立方体；
C(x,y,z)=-2[(1-x)(1-y)(1-z)B(0,0,0)+(1-x)(1-y)zB(0,0,1)+(1-x)y(1-z)B(0,1,0)+(1-x)yzB(0,1,1)+x(1-y)(1-z)B(1,0,0)+x(1-y)zB(1,0,1)+xy(1-z)B(1,1,0)+xyzB(1,1,1)]。
在一种可能的实现方式中，六面体模型中6个面上的每个点与该面的映射关系分别为：
其中，
Figure 580151DEST_PATH_IMAGE001
Figure 309073DEST_PATH_IMAGE002
Figure 591150DEST_PATH_IMAGE003
Figure 89127DEST_PATH_IMAGE004
Figure 860774DEST_PATH_IMAGE005
Figure 280254DEST_PATH_IMAGE006
Figure 162759DEST_PATH_IMAGE013
；
L m =[P 1 m, P 2 m,…, P n+1 m]，P 1 m, P 2 m,…, P n+1 m分别为L m 上的n个等分点的节点，n为正整数，预先构建的模板路径为g，g=[g u ，g v ，g w ]，
g u = [g u1，g u2,…，g un ] T ，g v = [g v1，g v2，…，g vn ] T ，
g w = [g w1，g w2，…，g wn ] T ，0≤u≤1，0≤v≤1，m为1至12的整数。
在一种可能的实现方式中，还包括：打印指令模块，用于基于打印路径上相邻层间在XY方向投影相同的点之间的距离，确定打印路径上每点的打印厚度；
基于打印厚度、挤出宽度以及挤料速度，确定待打印的六面体模型的打印控制指令。
在一种可能的实现方式中，打印指令模块，用于基于打印厚度、挤出宽度以及挤料速度，确定打印速度；
基于打印速度及打印路径，确定待打印的六面体模型的打印控制指令；
其中，打印速度为f：
Figure 780822DEST_PATH_IMAGE008
；
其中，Q为挤料速度，w为挤出宽度，t为打印厚度。
图8是本发明实施例提供的电子设备的示意图。如图8所示，该实施例的电子设备8包括：处理器80、存储器81以及存储在所述存储器81中并可在所述处理器80上运行的计算机程序82。所述处理器80执行所述计算机程序82时实现上述各个混凝土3D打印路径的规划方法实施例中的步骤，例如图1所示的步骤110至步骤120。或者，所述处理器80执行所述计算机程序82时实现上述各装置实施例中各模块的功能，例如图7所示模块710至720的功能。
示例性的，所述计算机程序82可以被分割成一个或多个模块，所述一个或者多个模块被存储在所述存储器81中，并由所述处理器80执行，以完成本发明。所述一个或多个模块可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述计算机程序82在所述电子设备8中的执行过程。例如，所述计算机程序82可以被分割成图7所示的模块710至720。
所述电子设备8可包括，但不仅限于，处理器80、存储器81。本领域技术人员可以理解，图8仅仅是电子设备8的示例，并不构成对电子设备8的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述电子设备还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。
所称处理器80可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器 (Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列 (Field-Programmable Gate Array，FPGA) 或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
所述存储器81可以是所述电子设备8的内部存储单元，例如电子设备8的硬盘或内存。所述存储器81也可以是所述电子设备8的外部存储设备，例如所述电子设备8上配备的插接式硬盘，智能存储卡（Smart Media Card，SMC），安全数字（Secure Digital，SD）卡，闪存卡（Flash Card）等。进一步地，所述存储器81还可以既包括所述电子设备8的内部存储单元也包括外部存储设备。所述存储器81用于存储所述计算机程序以及所述电子设备所需的其他程序和数据。所述存储器81还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置/电子设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置/电子设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个混凝土3D打印路径的规划方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器（Read-Only Memory，ROM）、随机存取存储器（Random Access Memory，RAM）、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。
以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种混凝土3D打印路径的规划方法，其特征在于，包括：
基于待打印的六面体模型，构建所述六面体模型的目标面上的每个点与所述目标面的映射关系；其中，所述目标面为所述六面体模型中的任意一面；
基于预先构建的所述六面体模型的映射函数、预先构建的模板路径、以及所述目标面上的每个点与所述目标面的映射关系，构建所述六面体模型的打印路径；其中，所述模板路径为构建在单位立方体中的多层Z形曲线、且每层Z形曲线在XY平面的投影相同；
其中，所述映射函数B(x,y,z)为：
B(x,y,z)=0.5[(1-x)S 1(y,z)+xS 2(y,z)+(1-y)S 3(x,z)+yS 4(x, z)+(1-z)S 5(x,y)+zS 6(x,y)] + 0.25C(x,y,z)]；
其中，0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1，B(x,y,z)为1×1×1的单位立方体；
C(x,y,z)=-2[(1-x)(1-y)(1-z)B(0,0,0)+(1-x)(1-y)zB(0,0,1)+(1-x)y(1-z)B(0,1,0)+(1-x)yzB(0,1,1)+x(1-y)(1-z)B(1,0,0)+x(1-y)zB(1,0,1)+xy(1-z)B(1,1,0)+xyzB(1,1,1)]；
所述六面体模型中6个面上的每个点与该面的映射关系分别为：
Figure 867944DEST_PATH_IMAGE001
Figure 714677DEST_PATH_IMAGE002
Figure 315423DEST_PATH_IMAGE003
Figure 499804DEST_PATH_IMAGE004
Figure 844198DEST_PATH_IMAGE005
Figure 545437DEST_PATH_IMAGE006
其中，
Figure 582663DEST_PATH_IMAGE007
；
L m =[P 1 m, P 2 m,…, P n+1 m]，P 1 m, P 2 m,…, P n+1 m分别为L m 上的n个等分点的节点，n为正整数；
所述预先构建的模板路径为g，g=[g u ，g v ，g w ]，
g u = [g u1，g u2,…，g un ] T ，g v = [g v1，g v2，…，g vn ] T ，
g w = [g w1，g w2，…，g wn ] T ，0≤u≤1，0≤v≤1，0≤w≤1，m为1至12的整数。
2.如权利要求1所述的混凝土3D打印路径的规划方法，其特征在于，所述基于待打印的六面体模型，构建所述六面体模型的目标面上的每个点与所述目标面的映射关系，包括：
将所述六面体模型中的每条边均等分为n等份，基于每条边上的每个等分点与该条边的相对长度的映射关系，确定每条边上的每个点与该条边的映射关系；
基于每条边上的每个点与该条边的映射关系，确定所述六面体模型中目标面上的每个点与所述目标面的映射关系。
3.如权利要求1所述的混凝土3D打印路径的规划方法，其特征在于，所述基于预先构建的所述六面体模型的映射函数、预先构建的模板路径、以及所述目标面上的每个点与所述目标面的映射关系，构建所述六面体模型的打印路径，包括：
在单位立方体中构建与所述六面体模型的6个面相对应的所述六面体模型的映射函数；
将所述预先构建的模板路径、以及所述目标面上的每个点与所述目标面的映射关系代入到所述映射函数中，得到所述六面体模型的打印路径。
4.如权利要求1所述的混凝土3D打印路径的规划方法，其特征在于，所述方法还包括：
基于所述打印路径上相邻层间在XY方向投影相同的点之间的距离，确定所述打印路径上每点的打印厚度；基于所述打印厚度、挤出宽度以及挤料速度，确定所述待打印的六面体模型的打印控制指令。
5.如权利要求4所述的混凝土3D打印路径的规划方法，其特征在于，所述基于所述打印厚度、挤出宽度以及挤料速度，确定所述待打印的六面体模型的打印控制指令，包括：
基于所述打印厚度、挤出宽度以及挤料速度，确定打印速度；
基于所述打印速度及所述打印路径，确定所述待打印的六面体模型的打印控制指令；
其中，所述打印速度为f：
Figure 736564DEST_PATH_IMAGE008
；
其中，Q为挤料速度，w为挤出宽度，t为打印厚度。
6.一种混凝土3D打印路径的规划装置，其特征在于，包括：
构建映射关系模块：用于基于待打印的六面体模型，构建所述六面体模型中目标面上的每个点与所述目标面的映射关系；其中，所述目标面为所述六面体模型中的任意一面；
构建打印路径模块，用于基于预先构建的所述六面体模型的映射函数、预先构建的模板路径、以及所述目标面上的每个点与所述目标面的映射关系，构建所述六面体模型的打印路径；其中，所述模板路径为构建在单位立方体中的多层Z形曲线、且每层Z形曲线在XY平面的投影相同；
其中，所述映射函数B(x,y,z)为：
B(x,y,z)=0.5[(1-x)S 1(y,z)+xS 2(y,z)+(1-y)S 3(x,z)+yS 4(x, z)+(1-z)S 5(x,y)+zS 6(x,y)] + 0.25C(x,y,z)]；
其中，0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1，B(x,y,z)为1×1×1的单位立方体；
C(x,y,z)=-2[(1-x)(1-y)(1-z)B(0,0,0)+(1-x)(1-y)zB(0,0,1)+(1-x)y(1-z)B(0,1,0)+(1-x)yzB(0,1,1)+x(1-y)(1-z)B(1,0,0)+x(1-y)zB(1,0,1)+xy(1-z)B(1,1,0)+xyzB(1,1,1)]；
所述六面体模型中6个面上的每个点与该面的映射关系分别为：
Figure 884649DEST_PATH_IMAGE001
Figure 237133DEST_PATH_IMAGE002
Figure 382943DEST_PATH_IMAGE003
Figure 538987DEST_PATH_IMAGE004
Figure 959604DEST_PATH_IMAGE005
Figure 697753DEST_PATH_IMAGE006
其中，
Figure 14465DEST_PATH_IMAGE009
；
L m =[P 1 m, P 2 m,…, P n+1 m]，P 1 m, P 2 m,…, P n+1 m分别为L m 上的n个等分点的节点，n为正整数；
所述预先构建的模板路径为g，g=[g u ，g v ，g w ]，
g u = [g u1，g u2,…，g un ] T ，g v = [g v1，g v2，…，g vn ] T ，
g w = [g w1，g w2，…，g wn ] T ，0≤u≤1，0≤v≤1，0≤w≤1，m为1至12的整数。
7.一种电子设备，其特征在于，包括存储器和处理器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器用于调用并运行所述存储器中存储的计算机程序，执行如权利要求1至5任一项所述的混凝土3D打印路径的规划方法。
8.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，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5任一项所述混凝土3D打印路径的规划方法的步骤。
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