CN116811257A - 一种表面模型单线无填充轨迹打印方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种表面模型单线无填充轨迹打印方法及系统，打印方法包括如下步骤：S1、导入需要进行3D打印的三维模型，调整三维模型的空间位置，并裁剪三维模型的多余部分；S2、获取模型包围盒尺寸，确定模型下端面的中心点，再由交互式设置切片层高h，由包围盒最大最小高度值的差值计算得到模型高度H，计算切片层数N＝H/h，对模型进行切片，生成每一层的切片点集；S3、对所有层的切片点集进行排序，得到模型打印的路径点集，从而生成用于打印的GCode文件；S4、根据GCode文件进行打印。采用全新的打印路径设置方式，生成模型切片的单线路径，进行大流量的单线打印，不需要路径往复或填充即可完成各层切片层的打印，有效提高模型打印效率。

Description

一种表面模型单线无填充轨迹打印方法及系统

技术领域

本发明涉及3D打印领域，尤其涉及一种表面模型单线无填充轨迹打印方法及系统。

背景技术

医用的外固定支具主要起到固定病人损伤肢体部分的作用，从而减少损伤肢体部位的运动，有利于患者损伤部位的康复。随着3D打印技术在医学领域应用的不断发展，采用3D打印外固定支具能够有效减少由以前的石膏或者夹板固定所带来的缺点，例如石膏固定部位无法清洗、夹板固定的松紧程度需要凭借医生的经验调节等。这些因素都使得石膏和夹板的使用受到了限制，推动了3D打印外固定支具在医学领域应用的发展。

现有的3D打印技术中使用的3D打印切片软件，切片中的打印路径为往复运动，主要用于打印封闭实体模型，而对于外固定支具模型，属于非封闭实体模型，且支具的壁较薄，打印路径为往复运动的打印方式效率较低，需要一种新的打印路径设置方式，对模型切片后生成单线路径，以对外固定支具模型的正确、高效打印。

发明内容

为实现上述技术目的，本发明提供一种表面模型单线无填充轨迹打印方法，旨在解决现有技术中往复运动的打印方式效率较低的问题，具体包括以下步骤：

S1、导入需要进行3D打印的三维模型，调整三维模型的空间位置，并裁剪三维模型的多余部分；

S2、获取模型包围盒尺寸，确定模型下端面的中心点，再由交互式设置切片层高h，由包围盒最大最小高度值的差值计算得到模型高度H，计算切片层数N＝H/h，对模型进行切片，生成每一层的切片点集；

S3、对所有层的切片点集进行排序，得到模型打印的路径点集，所述路径点集为单线无填充轨迹，从而生成用于打印的GCode文件；

S4、根据GCode文件进行打印，打印的喷头为大流量喷头。

进一步地，所述三维模型由三维扫描仪获得，所述喷头的宽度至少为4mm。

进一步地，所述三维模型为薄型构件模型，模型的内层壁与外层壁的轮廓形状相同。

进一步地，所述步骤S2、获取模型包围盒尺寸，确定模型下端面的中心点，再由交互式设置切片层高h，由包围盒最大最小Z值的差值计算得到模型高度H，计算切片层数N＝H/h，对模型进行每层切片，生成每一层的切片点集，包括如下步骤：

S201、读取模型，建立坐标系，计算模型包围盒尺寸{Xmin，Xmax，Ymin，Ymax，Zmin，Zmax}，设置顶点为((Xmin+Xmax)/2，(Ymin+Ymax)/2，Zmax+0.5)，法向量为(0,0,1)，由点法式设置平面Plane，切割底层轮廓线，取轮廓线两个端点P1、P2，计算P1与P2连线的中心点P；

S202、由交互式设置切片层高h，根据包围盒最大最小Z值的差值计算得到模型高度H，计算切片层数N＝H/h；

S203、获取每层切片平面位置，计算第i层顶点为Pi(P.X，P.Y，P.Z+i*h)，切片平面法向量为n(0，0，1)，根据点法式得到每层切片平面所在位置，并对模型进行切片，获取切片点集。

进一步地，所述步骤S202中由交互式设置切片层高h，具体包括在切片层高设置界面，填写切片层高数据，完成切片层高的设置。

进一步地，所述步骤S3、对所有层的切片点集进行排序，得到模型打印的路径点集，从而生成用于打印的GCode文件包括：

S301、获取第一层切片层的点集，以x值最小的点为起始点，依次寻找点集中最近点作为下一点，得到第一层切片层的打印点集顺序；

S302、除第一层切片层的点集外，其他切片层都以离上一层最后一个点最近的点作为起始点，再依次寻找该层点集中最近点作为下一点，得到该层的打印点集顺序；

S303、添加底座点集，由第一层点集的起始点P_起和结束点P_结，计算中心点P_中＝P_起+P_结和半径根据中心点P_中和半径R添加另一半点集，得到一整圈点集为底座点集，将该整圈点集的Z值降低层高h，添加到第一层切片的打印点集之前，生成GCode文件。

进一步地，所述步骤S303中，在第一层切片层的打印点集之前添加至少三层底座点集。

进一步地，所述步骤S4打印完成后，还包括剪切去除所述底座点集打印的部分。

本发明还提供了一种支具的打印方法，所述打印方法为上述的表面模型单线无填充轨迹打印方法，所述支具为关节部位支具。

本发明还提供了一种表面模型单线无填充轨迹打印系统，包括：

导入模块，导入需要进行3D打印的三维模型，调整三维模型的空间位置，并裁剪三维模型的多余部分；

切片点集生成模块，获取模型包围盒尺寸，确定支具下端面的中心点，再由交互式设置切片层高h，由包围盒最大最小高度值的差值计算得到模型高度H，计算切片层数N＝H/h，对模型进行切片，生成每一层的切片点集；

GCode文件生成模块，对所有层的切片点集进行排序，得到模型打印的路径点集，从而生成用于打印的GCode文件；

打印模块，根据GCode文件进行打印，打印的喷头为大流量喷头。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

采用全新的打印路径设置方式，第一层切片层以X值最小的点为起始点，依次寻找点集中最近点作为下一点，得到第一层切片层的打印点集顺序，除第一层切片层的点集外，其他切片层都以离上一层最后一个点最近的点作为起始点，再依次寻找该层点集中最近点作为下一点，得到该层的打印点集顺序，生成模型切片的单线路径，进行大流量的单线打印，不需要路径往复或填充即可完成各层切片层的打印，有效提高模型打印效率；在第一层切片层的底部设置底座点集，底座点集为完整的环形，在打印时能够先打印底座，保证打印过程中模型放置稳定。

附图说明

为了更清楚地说明本发明发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的表面模型单线无填充轨迹打印方法的流程示意图。

图2为本发明实施例提供的一导入的三维模型示例图。

图3为本发明实施例提供的生成每一层切片点集方法的流程示意图。

图4为本发明实施例提供的模型打印的路径点集方法的流程示意图。

图5为本发明实施例提供的一导入的三维模型进行单线无填充切片后的路径点集图。

图6为本发明实施例提供的一导入的三维模型进行单线无填充打印路径图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地描述。

本发明的说明书、权利要求书及附图中的术语“第一”和“第二”等仅用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备等，没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元等，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备等固有的其它步骤或单元。

在本发明中提及的“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员可以显式地和隐式地理解的是，本发明描述的实施例可以与其它实施例相结合。

在本发明中，“至少一个(项)”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上，“至少两个(项)”是指两个或三个及三个以上，“和/或”，用于描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“A和/或B”可以表示：只存在A，只存在B以及同时存在A和B三种情况，其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指这些项中的任意组合。例如，a，b或c中的至少一项(个)，可以表示：a，b，c，“a和b”，“a和c”，“b和c”，或“a和b和c”。

如图1所示，本发明提供一种表面模型单线无填充轨迹打印方法，包括如下步骤：

S1、导入需要进行3D打印的三维模型，调整三维模型的空间位置，并裁剪三维模型的多余部分；

S2、获取模型包围盒尺寸，确定模型下端面的中心点，再由交互式设置切片层高h，由包围盒最大最小高度值的差值计算得到模型高度H，计算切片层数N＝H/h，对模型进行切片，生成每一层的切片点集；

S3、对所有层的切片点集进行排序，得到模型打印的路径点集，所述路径点集为单线无填充轨迹，从而生成用于打印的GCode文件；

S4、根据GCode文件进行打印，打印的喷头为大流量喷头。

在步骤S1中，所述三维模型由三维扫描仪获得；如图2所示，为一导入的三维模型示例图。优选地，所述喷头的宽度至少为4mm，喷头流量大，结合喷头中螺杆的转速设置，根据需要使得喷头持续喷出大流量的耗材，进行单线条打印即可，不需要来回填充。

所述三维模型为薄型构件模型，模型的内层壁与外层壁的轮廓形状相同。

如图3所示，所述步骤S2、获取模型包围盒尺寸，确定模型下端面的中心点，再由交互式设置切片层高h，由包围盒最大最小Z值的差值计算得到模型高度H，计算切片层数N＝H/h，对模型进行每层切片，生成每一层的切片点集，包括如下步骤：

S201、读取模型，建立坐标系，计算模型包围盒尺寸{Xmin，Xmax，Ymin，Ymax，Zmin，Zmax}，设置顶点为((Xmin+Xmax)/2，(Ymin+Ymax)/2，Zmax+0.5)，法向量为(0,0,1)，由点法式设置平面Plane，切割底层轮廓线，取轮廓线两个端点P1、P2，计算P1与P2连线的中心点P，即模型下端面的中心点；

S202、由交互式设置切片层高h，根据包围盒最大最小Z值的差值计算得到模型高度H，计算切片层数N＝H/h；

S203、获取每层切片平面位置，计算第i层顶点为Pi(P.X，P.Y，P.Z+i*h)，切片平面法向量为n(0，0，1)，根据点法式得到每层切片平面所在位置，并对模型进行切片，获取切片点集。

其中，Pi(P.X，P.Y，P.Z+i*h)为三维空间中一个点的坐标，P.X表示该点的X轴方向的值，P.Y表示该点的Y轴方向的值和P.Z表示该点的Z轴方向的值。

所述步骤S202中由交互式设置切片层高h，具体为，在切片层高设置界面，填写切片层高数据，完成切片层高的设置；所填写的切片层高数据即设置的切片层高值。

所述步骤S203中根据点法式得到每层切片平面所在位置，具体为，切片平面一点的坐标为(x0,y0,z0),切片平面的法向量为n(A,B,C),则该切片平面方程为A(x-x0)+B(y-y0)+C(z-z0)＝0。

如图4所示，所述步骤S3、对所有层的切片点集进行排序，得到模型打印的路径点集，所述路径点集为单线无填充轨迹，从而生成用于打印的GCode文件包括：

S301、获取第一层切片层的点集，以x值最小的点为起始点，依次寻找点集中最近点作为下一点，得到第一层切片层的打印点集顺序；

S302、除第一层切片层的点集外，其他切片层都以离上一层最后一个点最近的点作为起始点，再依次寻找该层点集中最近点作为下一点，得到该层的打印点集顺序；

S303、添加底座点集，由第一层点集的起始点P_起和结束点P_结，计算中心点P_中＝P_起+P_结和半径根据中心点P_中和半径R添加另一半点集，得到一整圈点集为底座点集，将该整圈点集的Z值降低层高h，添加到第一层切片的打印点集之前，生成GCode文件。

所述步骤S303中，在第一层切片层的打印点集之前添加至少三层底座点集。如图5所示，为一导入的三维模型进行单线无填充切片后的路径点集图；如图6所示，为一导入的三维模型进行单线无填充打印路径图，图中模型的两侧虚线为上下层切换的轨迹，中间挖孔处为不需打印的区域。

所述步骤S4打印完成后，还包括剪切去除所述底座点集打印的部分。

底座点集为完整的环形，在打印时先打印底座，底座为环形形成稳定的支撑，无论上方打印的模型结构如何，均能保证打印过程中模型放置稳定；并且在模型打印完成后，将底座剪切去除，不影响模型的完整性。

本发明还提供一种支具的打印方法，所述打印方法为上述表面模型单线无填充轨迹打印方法。

优选地，所述支具为关节部位支具；关节部位包括上肢关节、下肢关节、寰枢关节、腰椎关节等，其中，上肢关节，如肩关节、肘关节、腕关节等大关节，以及腕掌关节、指间关节等手部的小关节；下肢关节，如髋关节、膝关节、踝关节，或者距下关节、跖趾关节等足踝部小关节；寰枢关节，即颈部；腰椎关节，即腰部。

基于上述表面模型单线无填充轨迹打印方法，本发明还提供一种可变层高的3D打印系统，包括：

导入模块，导入需要进行3D打印的三维模型，调整三维模型的空间位置，并裁剪三维模型的多余部分；

切片点集生成模块，获取模型包围盒尺寸，确定模型下端面的中心点，再由交互式设置切片层高h，由包围盒最大最小高度值的差值计算得到模型高度H，计算切片层数N＝H/h，对模型进行切片，生成每一层的切片点集；

GCode文件生成模块，对所有层的切片点集进行排序，得到模型打印的路径点集，从而生成用于打印的GCode文件；

打印模块，根据GCode文件进行打印，打印的喷头为大流量喷头，打印流量为4mm。

本发明还提供一种计算机设备，包括存储器和处理器；所述存储器上存储有可由处理器运行的计算机程序；所述处理器运行所述计算机程序时，执行上述的表面模型单线无填充轨迹打印方法。

本发明还提供一种计算机可读存储介质，其包括程序代码，当程序代码在电子设备上运行时，所述程序代码用于使所述电子设备执行上述的表面模型单线无填充轨迹打印方法的步骤。

其中，本实施例提供的电子设备、计算机存储介质、计算机程序产品或芯片均用于执行上文所提供的对应的方法，因此，其所能达到的有益效果可参考上文所提供的对应的方法中的有益效果，此处不再赘述。

通过以上的实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，仅以上述各功能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模块完成，即将装置的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。

在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，该模块或单元的划分，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装置，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信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

该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一个物理单元或多个物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个不同地方。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。

该集成的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，可以存储在一个可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一个设备(可以是单片机，芯片等)或处理器(processor)执行本发明各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种表面模型单线无填充轨迹打印方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、导入需要进行3D打印的三维模型，调整三维模型的空间位置，并裁剪三维模型的多余部分；

S2、获取模型包围盒尺寸，确定模型下端面的中心点，再由交互式设置切片层高h，由包围盒最大最小高度值的差值计算得到模型高度H，计算切片层数N＝H/h，对模型进行切片，生成每一层的切片点集；

S3、对所有层的切片点集进行排序，得到模型打印的路径点集，所述路径点集为单线无填充轨迹，从而生成用于打印的GCode文件；

S4、根据GCode文件进行打印，打印的喷头为大流量喷头。

2.如权利要求1所述的表面模型单线无填充轨迹打印方法，其特征在于，所述三维模型由三维扫描仪获得，所述喷头的宽度至少为4mm。

3.如权利要求1所述的表面模型单线无填充轨迹打印方法，其特征在于，所述三维模型为薄型构件模型，模型的内层壁与外层壁的轮廓形状相同。

4.如权利要求1所述的表面模型单线无填充轨迹打印方法，其特征在于，所述步骤S2、获取模型包围盒尺寸，确定模型下端面的中心点，再由交互式设置切片层高h，由包围盒最大最小Z值的差值计算得到模型高度H，计算切片层数N＝H/h，对模型进行每层切片，生成每一层的切片点集，包括如下步骤：

S201、读取模型，建立坐标系，计算模型包围盒尺寸{Xmin，Xmax，Ymin，Ymax，Zmin，Zmax}，设置顶点为((Xmin+Xmax)/2，(Ymin+Ymax)/2，Zmax+0.5)，法向量为(0,0,1)，由点法式设置平面Plane，切割底层轮廓线，取轮廓线两个端点P1、P2，计算P1与P2连线的中心点P；

S202、由交互式设置切片层高h，根据包围盒最大最小Z值的差值计算得到模型高度H，计算切片层数N＝H/h；

S203、获取每层切片平面位置，计算第i层顶点为Pi(P.X，P.Y，P.Z+i*h)，切片平面法向量为n(0，0，1)，根据点法式得到每层切片平面所在位置，并对模型进行切片，获取切片点集。

5.如权利要求4所述的表面模型单线无填充轨迹打印方法，其特征在于，所述步骤S202中由交互式设置切片层高h，具体包括在切片层高设置界面，填写切片层高数据，完成切片层高的设置。

6.如权利要求4所述的表面模型单线无填充轨迹打印方法，其特征在于，所述步骤S3、对所有层的切片点集进行排序，得到模型打印的路径点集，从而生成用于打印的GCode文件包括：

S301、获取第一层切片层的点集，以x值最小的点为起始点，依次寻找点集中最近点作为下一点，得到第一层切片层的打印点集顺序；

S302、除第一层切片层的点集外，其他切片层都以离上一层最后一个点最近的点作为起始点，再依次寻找该层点集中最近点作为下一点，得到该层的打印点集顺序；

S303、添加底座点集，由第一层点集的起始点P_起和结束点P_结，计算中心点P_中＝P_起+P_结和半径根据中心点P_中和半径R添加另一半点集，得到一整圈点集为底座点集，将该整圈点集的Z值降低层高h，添加到第一层切片的打印点集之前，生成GCode文件。

7.如权利要求6所述的表面模型单线无填充轨迹打印方法，其特征在于，所述步骤S303中，在第一层切片层的打印点集之前添加至少三层底座点集。

8.如权利要求6或7所述的表面模型单线无填充轨迹打印方法，其特征在于，所述步骤S4打印完成后，还包括剪切去除所述底座点集打印的部分。

9.一种支具的打印方法，其特征在于，所述打印方法为权利要求1-8任一项所述的表面模型单线无填充轨迹打印方法，所述支具为关节部位支具。

10.一种表面模型单线无填充轨迹打印系统，其特征在于，包括：

导入模块，导入需要进行3D打印的三维模型，调整三维模型的空间位置，并裁剪三维模型的多余部分；

切片点集生成模块，获取模型包围盒尺寸，确定支具下端面的中心点，再由交互式设置切片层高h，由包围盒最大最小高度值的差值计算得到模型高度H，计算切片层数N＝H/h，对模型进行切片，生成每一层的切片点集；

GCode文件生成模块，对所有层的切片点集进行排序，得到模型打印的路径点集，从而生成用于打印的GCode文件；

打印模块，根据GCode文件进行打印，打印的喷头为大流量喷头。