CN109532006B - 一种自适应层厚切片方法及打印*** - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种自适应层厚切片方法及打印***，其包括：获取待打印物体的三维模型；将三维模型离散化为具有相同层厚h的d₁、d₂、……d_n层模型，获取三维模型的中垂线，以中垂线为中心，将三维模型以相同角度进行划分，得到若干个垂直切片；以相同层厚h将垂直切片离散化为若干层，获取垂直切片的轮廓线上的若干个比较点；每一垂直切片上的相邻两个比较点之间连成一条斜线，计算斜线与水平方向的夹角a；若干个角度a与阈值S进行比较，判断相应的相邻两层是否合并切片。本发明对待打印物体的三维模型进行不同层厚的自适应切片，并提供了打印***使得对自适应层厚的层模型直接打印，在不影响打印精度和打印物体质量的前提下，加快了打印速度。

Description

一种自适应层厚切片方法及打印***

技术领域

本发明涉及一种自适应层厚切片方法及打印***。

背景技术

3D光固化打印技术是一种利用激光照射光敏树脂材料，使液态树脂快速凝固成产品形状的产品快速成型技术；其以数字模型为基础，以液态光敏树脂为材料，通过逐层打印的方式来构造物体。

3D光固化打印，在开始"打印"物体前，需要获得待打印物体的三维模型数据，再将三维模型进行切片，得到每一层需要打印的层模型。每一层模型通过设定打印参数，生成紫外激光扫描路径的光栅扫描线。再通过紫外激光会沿着各个层模型的光栅扫描线，对液态树脂进行逐条扫描，被扫描到的树脂薄层会产生聚合反应，由线逐渐形成面，最终形成零件的一个薄层的固化截面，而未被扫描到的树脂保持原来的液态。

如今，3D光固化打印技术应用已普遍存在，其优势显而易见，如打印精度高，结构精细和复杂的零件制作方便等。

但是，目前的3D打印，受切片和打印***的局限，切片只能按照相同层厚进行切片，并且打印***打印时，只能按照相同的打印参数进行相同层厚的打印，使得打印速度慢，难以满足生产效率要求。

中国专利201810159843.4公开了一种3D打印分层厚度自适应切片方法，包括以下步骤：获取STL文件数据；输入自定义切片的最大层厚和最小层厚；选定正方向；获取三角形面片三个顶点在正方向对应坐标轴上的相应值，取其最小值，对三角形面片进行排序；获取3D打印模型的高度范围；将区间最小值MinZ赋值给当前Z轴坐标值NowZ；统计3D打印模型中穿过Z轴坐标为NowZ的水平面的三角形面片，计算对应的三角形面片的厚度h0；将当前Z轴坐标值NowZ的值增加h0,作Z轴坐标为NowZ的水平面；重复步骤，计算其他分层高度及平面；当NowZ的值大于等于区间最大值MaxZ时，终止重复，并输出切片数据。

发明内容

针对现有技术的缺点，本发明的目的是提供一种自适应层厚切片方法，其对待打印物体的三维模型进行不同层厚的自适应切片，并且提供了打印***使得进行打印时，对自适应层厚的层模型直接打印，在不影响打印精度和打印物体质量的前提下，加快了打印速度。

为了实现上述目的，本发明提供了一种自适应层厚切片方法，其包括以下步骤：

S1、获取待打印物体的三维模型；将三维模型离散化为具有相同层厚h的d₁、d₂、……d_n层模型，存储每个层模型的层厚；

S2、获取三维模型的几何中心点，得到过几何中心且与Z轴平行的中垂线；以中垂线为中心，将三维模型以相同角度进行划分，得到若干个垂直切片；

S3、以相同层厚h将垂直切片离散化为若干层，获取垂直切片的轮廓线上的若干个比较点；

S4、每一垂直切片上的相邻两个比较点之间连成一条斜线，计算斜线与水平方向的夹角a；并获取同一层的若干垂直切片中，角度a的平均值或者最大值；

S5、将步骤S4计算得到的，若干个角度a的平均值或者最大值与阈值S进行比较：在阈值内，则相应的相邻两层进行合并切片，步骤S1中对应厚度的相邻两层的层模型保留一个层模型，对应的层厚叠加并存储为合并切片的层模型的层厚；直至切片完成。

本发明中，通过先将三维模型以相同层厚进行离散化之后存储为多个层厚相同的层模型，再将三维模型进行垂直切片，以垂直切片上的比较点进行比较，并且以层模型相同的层厚设置比较点，使得比较点比较的结果与层模型相对应；根据比较结果判断对应的层模型是否合并，能够合并，则在步骤S1存储的层模型中，保留一个层模型，叠加合并的层厚作为合并层模型的层厚信息并存储。

本发明中，相邻层模型的比较，以比较点之间连成的斜线计算与水平方向的夹角进行判断，其判断过程直接，结果精确。

根据本发明另一具体实施方式，阈值S为85°－95°。

根据本发明另一具体实施方式，步骤S5中，相邻层的合并，设有合并层数上限m，合并层数上限m为2-5层。

根据本发明另一具体实施方式，步骤S5中，进一步包括如下步骤：

S501、比较d_n层与d_n+1层是否合并，比较d_n+1层与d_n+2层是否合并，……，比较d_n+m-1层与d_n+m层是否合并，以上均合并，则d_n层至d_n+m层合并；

S502、d_n+m层不再与d_n+m+1层比较，进一步进行d_n+m+1层与d_n+m+2层的比较。

根据本发明另一具体实施方式，步骤S5中，进一步包括如下步骤：

S511、依次比较两相邻层是否合并；获得若干相邻层之间可合并的总层数；

S512、将可合并的总层数，依据合并层数上限m，均分或者半均分地，规划需合并的层。

本发明基于合并层数的限定，提供两种不同的合并处理过程，根据打印物体的结构特点，选择其中一种进行处理。

根据本发明另一具体实施方式，自适应切片方法中，根据待打印物体的结构、性能要求，选择需要合并切片的层进行自适应合并。

根据本发明另一具体实施方式，步骤S5中进行合并切片，进一步包括如下步骤：

S52、获得需要合并的层模型；根据需要合并的层模型，获得需要保留的层模型：

合并层模型的层数为奇数，保留中间一层的层模型；

合并层模型的层数为偶数，保留中间两层中的任一一个层模型。本发明的另一目的是，提供一种用于自适应层厚切片方法切片后进行打印的打印***，其包括打印机主机和上位机，上位机与处理器相连接。

根据本发明另一具体实施方式，处理器包括：

存储器分配单元，存储器分配单元被配置为根据存储任务的内容和数量动态地分配存储区；

模型导入单元，模型导入单元被配置为将自适应层厚切片后的层模型分别导入自动生成的动态存储器中，一个层模型对应一个动态存储器，并在对应的动态存储器中存储层模型的层厚参数；

参数设置单元，参数设置单元被配置为根据打印要求，设置打印参数；

调用打印单元，调用打印单元被配置为根据打印顺序，动态调用动态存储器内的层模型，将层模型根据打印参数生成光栅化扫描线，并将动态存储器内的层模型、打印参数、层厚参数、光栅化扫描线传送给激光振镜板卡和运动控制板卡，逐层打印。

下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。

附图说明

图1是实施例1的自适应层厚切片方法的步骤示意图；

图2是实施例1的打印***的存储器分配示意图；

图3是实施例1的打印***的打印示意图。

具体实施方式

实施例1

本实施例提供了一种自适应层厚切片方法，如图1所示，其包括以下步骤：

S1、获取待打印物体的三维模型；将三维模型离散化为具有相同层厚h的d₁、d₂、……d_n层模型，存储每个层模型的层厚；

S2、获取三维模型的几何中心点，得到过几何中心且与Z轴平行的中垂线；以中垂线为中心，将三维模型以相同角度进行划分，得到若干个垂直切片；

S3、以相同层厚h将垂直切片离散化为若干层，获取垂直切片的轮廓线上的若干个比较点；

S4、每一垂直切片上的相邻两个比较点之间连成一条斜线，计算斜线与水平方向的夹角a；并获取同一层的若干垂直切片中，角度a的平均值或者最大值；

S5、将步骤S4计算得到的，若干个角度a的平均值或者最大值与阈值S进行比较，阈值S为85°－95°；在阈值内，则相应的相邻两层进行合并切片，步骤S1中对应厚度的相邻两层的层模型保留一个层模型，对应的层厚叠加并存储为合并切片的层模型的层厚；直至切片完成。

其中，相邻层的合并，设有合并层数上限m，合并层数上限m为2-5层。

进行合并层处理时，进一步包括如下步骤：

S501、比较d_n层与d_n+1层是否合并，比较d_n+1层与d_n+2层是否合并，……，比较d_n+m-1层与d_n+m层是否合并，以上均合并，则d_n层至d_n+m层合并；

S502、d_n+m层不再与d_n+m+1层比较，进一步进行d_n+m+1层与d_n+m+2层的比较。

同时，根据具体情况，进行合并层处理时，也可包括如下步骤：

S511、依次比较两相邻层是否合并；获得若干相邻层之间可合并的总层数；

S512、将可合并的总层数，依据合并层数上限m，均分或者半均分地，规划需合并的层。

本实施例基于合并层数的限定，提供两种不同的合并处理过程，根据打印物体的结构特点，选择其中一种进行处理。

基于合并层数的限定，获得需要合并的层模型；根据需要合并的层模型，进一步获得需要保留的层模型：

合并层模型的层数为奇数，保留中间一层的层模型；

合并层模型的层数为偶数，保留中间两层中的任一一个层模型。

本实施例中，通过先将三维模型以相同层厚进行离散化之后存储为多个层厚相同的层模型，再将三维模型进行垂直切片，以垂直切片上的比较点进行比较，并且以层模型相同的层厚设置比较点，使得比较点比较的结果与层模型相对应；根据比较结果判断对应的层模型是否合并，能够合并，则在步骤S1存储的层模型中，保留一个层模型，叠加合并的层厚作为合并层模型的层厚信息并存储。

本实施例中，相邻层模型的比较，以比较点之间连成的斜线计算与水平方向的夹角进行判断，其判断过程直接，结果精确。

自适应切片方法中，根据待打印物体的结构、性能要求，选择需要合并切片的层进行自适应合并。

本实施例还提供了一种用于自适应层厚切片方法切片后进行打印的打印***，其包括打印机主机和上位机，上位机与处理器相连接。

处理器包括：

存储器分配单元，存储器分配单元被配置为根据存储任务的内容和数量动态地分配存储区；

模型导入单元，模型导入单元被配置为将自适应层厚切片后的层模型分别导入自动生成的动态存储器中，一个层模型对应一个动态存储器，并在对应的动态存储器中存储层模型的层厚参数；动态存储器内被动态地生成多个存储区，用于分别存储层模型和层厚参数。

参数设置单元，参数设置单元被配置为根据打印要求，设置打印参数；

调用打印单元，调用打印单元被配置为根据打印顺序，动态调用动态存储器内的层模型，将层模型根据打印参数生成光栅化扫描线，并将光栅化扫描线存储于动态存储器中。同时，层模型包括轮廓矢量和支撑矢量，可将轮廓矢量和支撑矢量分别存储一个存储区。本实施例中的动态存储器被分配为轮廓矢量存储区、支撑矢量存储区、层厚存储区和扫描线矢量存储区，参见图2。

调用打印单元还包括将动态存储器内的层模型、打印参数、层厚参数、光栅化扫描线传送给激光振镜板卡和运动控制板卡，逐层打印。

本实施例的打印***，具体打印过程如下：参见图3，自适应切片的每一层层模型的层厚不同，依次调用每一个动态存储器中的光栅化扫描线、层厚参数、层模型，分别控制网板下降至D1、D2、D3位置处，按照对应的光栅化扫描线打印，直至打印完成。

虽然本发明以较佳实施例揭露如上，但并非用以限定本发明实施的范围。任何本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的发明范围内，当可作些许的改进，即凡是依照本发明所做的同等改进，应为本发明的范围所涵盖。

Claims (6)

1.一种自适应层厚切片方法，其特征在于，所述自适应层厚切片方法包括以下步骤：

S1、获取待打印物体的三维模型；将所述三维模型离散化为具有相同层厚h的d₁、d₂、......d_n层模型，存储每个层模型的层厚；

S2、获取所述三维模型的几何中心点，得到过几何中心且与Z轴平行的中垂线；以所述中垂线为中心，将所述三维模型以相同角度进行划分，得到若干个垂直切片；

S3、以相同层厚h将所述垂直切片离散化为若干层，获取所述垂直切片的轮廓线上的若干个比较点；

S4、每一所述垂直切片上的相邻两个所述比较点之间连成一条斜线，计算所述斜线与水平方向的夹角a；并获取同一层的若干所述垂直切片中，角度a的平均值或者最大值；

S5、将步骤S4计算得到的，若干个角度a的平均值或者最大值与阈值S进行比较：在阈值内，则相应的相邻两层进行合并切片，步骤S1中对应厚度的相邻两层的层模型保留一个层模型，对应的层厚叠加并存储为合并切片的层模型的层厚；直至切片完成；其中，所述阈值S为85^°－95^°。

2.如权利要求1所述的自适应层厚切片方法，其特征在于，所述步骤S4中，相邻层的合并，设有合并层数上限m，所述合并层数上限m为2-5层。

3.如权利要求2所述的自适应层厚切片方法，其特征在于，所述步骤S5中，进一步包括如下步骤：

S501、比较d_n层与d_n+1层是否合并，比较d_n+1层与d_n+2层是否合并，……，比较d_n+m-1层与d_n+m层是否合并，以上均合并，则d_n层至d_n+m层合并；

S502、d_n+m层不再与d_n+m+1层比较，进一步进行d_n+m+1层与d_n+m+2层的比较。

4.如权利要求2所述的自适应层厚切片方法，其特征在于，所述步骤S5中，进一步包括如下步骤：

S511、依次比较两相邻层是否合并；获得若干相邻层之间可合并的总层数；

S512、将所述可合并的总层数，依据所述合并层数上限m，均分或者半均分地，规划需合并的层。

5.如权利要求1所述的自适应层厚切片方法，其特征在于，所述自适应切片方法中，根据待打印物体的结构、性能要求，选择需要合并切片的层进行自适应合并。

6.如权利要求3或4所述的自适应层厚切片方法，其特征在于，所述步骤S5中进行合并切片，进一步包括如下步骤：

Ｓ52、获得需要合并的层模型；根据需要合并的层模型，获得需要保留的层模型：

合并层模型的层数为奇数，保留中间一层的层模型；

合并层模型的层数为偶数，保留中间两层中的任一一个层模型。

Images