CN111319255A - 一种3d打印尖锐轨迹的处理方法 - Google Patents

一种3d打印尖锐轨迹的处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种3D打印尖锐轨迹的处理方法,3D打印每一层的运动轨迹线条都是多重直线的数组,分析运动轨迹线条,进行运动轨迹尖锐点的判定;在尖锐点处将运动轨迹线条打断,得到前、后运动轨迹线条两根多重直线;所述两根多重直线在尖锐点处分别延长一段直线;将延长后的前、后运动轨迹线条连续生成新的曲线;将所述曲线转换成多重直线,作为中间过渡运动轨迹线条;重新规划3D打印运动轨迹为:前运动轨迹线条→中间过渡运动轨迹线条→后运动轨迹线条,且在中间过渡运动轨迹线条上打印头不出料。本发明通过优化打印运动路径,降低了运动装置在实际运动过程中的减速、震动等情况,避免了转角积料现象,有效提高了3D打印构件的打印质量。

Description

一种3D打印尖锐轨迹的处理方法
技术领域
本发明涉及3D打印技术领域,尤其涉及一种3D打印尖锐轨迹的处理方法。
背景技术
3D打印是快速成型技术的一种,它是一种以数字模型文件为基础,运用粉末状金属或塑料等可粘合材料,通过逐层打印的方式来构造物体的技术。
3D打印的设计过程是:针对待打印的构件,先通过计算机建模软件建模,再将建成的三维模型“分区”成逐层的截面,即切片,获得打印程序,从而指导打印机逐层打印。
具体地,在大型FDM(熔融沉积快速成型技术)机床打印前,需要对待打印的构件进行切片,获得打印程序。打印时,运动装置根据打印程序中的运行轨迹进行运动,运动过程中,喷头出料,实现3D打印熔融沉积过程,最终获得3D打印构件。
但本申请发明人在实现本申请实施例中发明技术方案的过程中,发现上述技术至少存在如下技术问题:
针对大型机床具有尖锐点的运行轨迹程序,运动装置在运行轨迹的尖锐点处会出现减速、震动等情况,这会影响3D打印熔融沉积过程,导致转角积料现象,最终影响3D打印构件的打印质量。
现有技术中,有时会采用倒角策略,即将尖锐点处倒成圆弧角,这在某种程度上能够缓解3D打印熔融沉积过程的上述问题,但是这破坏了原始运动轨迹,打印出来的构件不精准。
发明内容
本申请实施例通过提供一种3D打印尖锐轨迹的处理方法,解决了现有技术中针对大型机床具有尖锐点的运行轨迹程序,运动装置在运行轨迹的尖锐点处会出现减速、震动等情况,进而影响3D打印熔融沉积过程,导致转角积料现象,最终影响3D打印构件的产品质量的技术问题,通过优化打印运动路径,降低了运动装置在实际运动过程中的减速、震动等情况,避免了转角积料现象,有效提高了3D打印构件的打印质量。
本申请实施例提供了一种3D打印尖锐轨迹的处理方法,包括如下步骤:
步骤S1:3D打印每一层的运动轨迹线条都是多重直线的数组,分析运动轨迹线条,进行运动轨迹尖锐点的判定;
步骤S2:在尖锐点处将运动轨迹线条打断,得到前运动轨迹线条和后运动轨迹线条两根多重直线;
步骤S3:所述前运动轨迹线条和所述后运动轨迹线条两根多重直线在所述尖锐点处分别延长一段直线;
步骤S4:对延长后的所述前运动轨迹线条和所述后运动轨迹线条使用nurbs曲率连续生成新的nurbs曲线;
步骤S5:将所述新的nurbs曲线转换成多重直线,作为中间过渡运动轨迹线条;
步骤S6:重新规划3D打印运动轨迹为:前运动轨迹线条→中间过渡运动轨迹线条→后运动轨迹线条,且在中间过渡运动轨迹线条上打印头不出料。
优选地,所述步骤S1中,运动轨迹尖锐点判定的具体步骤为:
拾取多重直线上的每个点,沿运动轨迹线条从起点到终点的顺序,依次对相邻的三个点连线构成的角度进行判定,若三个点连线构成的角度小于设定的角度阈值,则认为这三个点中的中间点为运动轨迹的尖锐点。
更优选地,所述设定的角度阈值为130°~140°。
优选地,所述步骤S3中:延长的直线的长度不小于2倍的打印机喷头线宽。
优选地,所述步骤S5中,将所述新的nurbs曲线按照设定的最大偏差角度转换成多重直线。
更优选地,所述设定的最大偏差角度为0.05~0.15。
优选地,所述步骤S6中,具体打印时的操作方法为:
A、运动装置沿所述前运动轨迹线条运动,打印机喷头持续出料;
B、运动装置到所述前运动轨迹线条的终点后,打印机喷头进行回抽,停止出料;
C、运动装置沿所述中间过渡运动轨迹线条运动,打印机喷头不出料;
D、运动装置到达所述中间过渡运动轨迹线条的终点,即所述后运动轨迹线条的起点后,打印机喷头结束回抽,开始出料;
E、运动装置沿所述后运动轨迹线条运动,打印机喷头持续出料。
优选地,还包括步骤S7:对于每一层运动轨迹上的每一个尖锐点,均进行步骤S2~S6的操作。
优选地,还包括步骤S8:输出优化后的运动轨迹,并形成三维打印机可执行的Gcode文件,用于3D打印。
本申请实施例中提供的一个或多个技术方案,至少具有如下技术效果或优点:
(1)通过在运动轨迹线条的尖锐点处形成中间过渡曲线,且在该中间过渡曲线上打印机喷头不出料,得到了经过优化的平滑的运动轨迹,解决了现有技术中针对大型机床具有尖锐点的运行轨迹程序,运动装置在运行轨迹的尖锐点处会出现减速、震动等情况,进而影响3D打印熔融沉积过程,导致转角积料现象,最终影响3D打印构件的产品质量的技术问题;降低了运动装置在实际运动过程中的减速、震动等情况,避免了转角积料现象,有效提高了3D打印构件的打印质量。
(2)通过使用经过优化的平滑的运动轨迹,配合高性能打印喷头的回抽策略,可以不破坏原始打印路径,解决了现有技术中倒角策略会破坏原始运动轨迹的技术问题;由于中间过渡曲线上打印机喷头不出料,经过优化的平滑的运动轨迹依然精准,能明显提高3D打印构件的打印质量。
附图说明
图1为本申请实施例中提供的3D打印尖锐轨迹的处理方法的流程图;
图2为对每一根运动轨迹线条进行尖锐点判定的示意图;
图3为在尖锐点处将运动轨迹线条打断的示意图;
图4为打断后的两根多重直线在尖锐点处分别延长一段直线的示意图;
图5为对打断后的两根多重直线使用nurbs曲率连续生成新的nurbs曲线的示意图;
图6为对于新的nurbs曲线按照设定的最大偏差角度转换成多重直线的示意图。
具体实施方式
本申请实施例通过提供一种3D打印尖锐轨迹的处理方法,解决了现有技术中针对大型机床具有尖锐点的运行轨迹程序,运动装置在运行轨迹的尖锐点处会出现减速、震动等情况,进而影响3D打印熔融沉积过程,导致转角积料现象,最终影响3D打印构件的产品质量的技术问题,通过优化打印运动路径,降低了运动装置在实际运动过程中的减速、震动等情况,避免了转角积料现象,有效提高了3D打印构件的打印质量。
本申请实施例中的技术方案为解决上述串扰的问题,总体思路如下:
在大型FDM机床打印前,需要对待打印的构件进行切片,获得打印程序。在切片过程中,获得的打印程序本质上由极多的点连接而成的运动轨迹线条。在切片过程中,每一层的运动轨迹线条都是多重直线的数组。
对每一根多重直线,进行尖锐点判定。在尖锐点处将多重直线打断,得到两根多重直线。两根多重直线在尖锐点处分别延长一段直线,并使用nurbs曲率连续生成新的nurbs曲线,对于所述nurbs曲线按照设定的最大偏差角度转换成多重直线,作为中间过渡轨迹。中间过渡轨迹,打印头不出料。
为了更好的理解上述技术方案,下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
图1为本实施例中提供的3D打印尖锐轨迹的处理方法的流程图,所述的3D打印尖锐轨迹的处理方法包括如下步骤:
步骤S1:3D打印每一层的运动轨迹线条都是多重直线的数组,分析运动轨迹线条,进行运动轨迹尖锐点的判定。
具体为:
如图2所示,在切片过程中,每一层的运动轨迹都是多重直线的数组,记为PL[]。
对每一根运动轨迹线条,进行尖锐点判定,具体步骤为:
拾取多重直线PL上的每个点,沿运动轨迹线条从起点到终点的顺序,依次对相邻的三个点连线构成的角度进行判定,若三个点连线构成的角度小于设定的角度阈值,则认为这三个点中的中间点为运动轨迹的尖锐点,对于所有的尖锐点,形成数组P[]。
作为一种优选的实施例,所述设定的角度阈值为130°~140°。
举个例子,图2中,假设设定的角度阈值为135°,O、P、Q三个点连线构成的角度∠OPQ小于135°,则认为O、P、Q这三个点中的中间点P为运动轨迹的尖锐点。
步骤S2:在尖锐点处将运动轨迹线条打断,得到前运动轨迹线条和后运动轨迹线条两根多重直线。
具体为:
如图3所示,使用尖锐点P将多重直线PL进行打断,得到PL①和PL②两根多重直线。
步骤S3:前运动轨迹线条和后运动轨迹线条两根多重直线在尖锐点处分别延长一段直线。
具体为:
如图4所示,多重直线PL①在尖锐点P处延长一段直线PP1,多重直线PL②在尖锐点P处延长一段直线PP2
延长的距离PP1、PP2设为D,D至少应大于2倍线宽。
步骤S4:对延长后的前运动轨迹线条和后运动轨迹线条两根多重直线使用nurbs曲率连续生成新的nurbs曲线。
具体为:
如图5所示,对多重直线PL①和多重直线PL②重新使用nurbs曲率连续生成新的nurbs曲线NC。
步骤S5:对于所述新的nurbs曲线按照设定的最大偏差角度转换成多重直线,作为中间过渡运动轨迹线条。
作为一种优选的实施例,所述设定的最大偏差角度为0.05~0.15。
具体为:
如图6所示,假设设定的最大偏差角度为0.1,对于所述新的nurbs曲线NC,按照最大偏差角度0.1转换成多重直线PLC,多重直线PLC作为中间过渡运动轨迹线条。
步骤S6:重新规划3D打印运动轨迹为:前运动轨迹线条→中间过渡运动轨迹线条→后运动轨迹线条,且在中间过渡运动轨迹线条上打印头不出料。
具体为:
如图6所示,重新规划3D打印运动轨迹为:多重直线PL①→多重直线PLC→多重直线PL②,且在多重直线PLC上打印头不出料。
具体打印时的操作方法如下:
A、运动装置沿多重直线PL①运动,打印机喷头持续出料;
B、运动装置到达多重直线PL①的终点P后(第一次经过P点),打印机喷头进行回抽,停止出料;
C、运动装置沿多重直线PLC运动,打印机喷头不出料;
D、运动装置到达多重直线PLC的终点,即多重直线PL②的起点后(第二次经过P点),打印机喷头结束回抽,开始出料;
E、运动装置沿多重直线PL②运动,打印机喷头持续出料。
步骤S7:对于每一层运动轨迹上的每一个尖锐点,进行步骤S2~S6的操作。
具体为:
对于数组P[]中的每一个点P,进行步骤S2~S6的操作。
对于该层运动轨迹的多重直线PL数组[]中的每一根PL,进行上述操作。
对于3D打印每一层的运动轨迹进行上述操作。
步骤S8:输出优化后的运动轨迹,并形成三维打印机可执行的Gcode文件,用于3D打印。
上述本申请实施例中的技术方案,至少具有如下的技术效果或优点:
(1)通过在运动轨迹线条的尖锐点处形成中间过渡曲线,且在该中间过渡曲线上打印机喷头不出料,得到了经过优化的平滑的运动轨迹,解决了现有技术中针对大型机床具有尖锐点的运行轨迹程序,运动装置在运行轨迹的尖锐点处会出现减速、震动等情况,进而影响3D打印熔融沉积过程,导致转角积料现象,最终影响3D打印构件的产品质量的技术问题;降低了运动装置在实际运动过程中的减速、震动等情况,避免了转角积料现象,有效提高了3D打印构件的打印质量。
(2)通过使用经过优化的平滑的运动轨迹,配合高性能打印喷头的回抽策略,可以不破坏原始打印路径,解决了现有技术中倒角策略会破坏原始运动轨迹的技术问题;由于中间过渡曲线上打印机喷头不出料,经过优化的平滑的运动轨迹依然精准,能明显提高3D打印构件的打印质量。
本领域内的技术人员应明白,本申请的实施例可提供为方法、***、或计算机程序产品。因此,本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且,本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(***)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器,使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中,使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品,该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上,使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理,从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
尽管已描述了本申请的优选实施例,但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念,则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以,所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。
显然,本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样,倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内,则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种3D打印尖锐轨迹的处理方法,其特征在于,包括如下步骤:
步骤S1:3D打印每一层的运动轨迹线条都是多重直线的数组,分析运动轨迹线条,进行运动轨迹尖锐点的判定;
步骤S2:在尖锐点处将运动轨迹线条打断,得到前运动轨迹线条和后运动轨迹线条两根多重直线;
步骤S3:所述前运动轨迹线条和所述后运动轨迹线条两根多重直线在所述尖锐点处分别延长一段直线;
步骤S4:对延长后的所述前运动轨迹线条和所述后运动轨迹线条使用nurbs曲率连续生成新的nurbs曲线;
步骤S5:将所述新的nurbs曲线转换成多重直线,作为中间过渡运动轨迹线条;
步骤S6:重新规划3D打印运动轨迹为:前运动轨迹线条→中间过渡运动轨迹线条→后运动轨迹线条,且在中间过渡运动轨迹线条上打印头不出料。
2.如权利要求1所述的3D打印尖锐轨迹的处理方法,其特征在于,所述步骤S1中,运动轨迹尖锐点判定的具体步骤为:
拾取多重直线上的每个点,沿运动轨迹线条从起点到终点的顺序,依次对相邻的三个点连线构成的角度进行判定,若三个点连线构成的角度小于设定的角度阈值,则认为这三个点中的中间点为运动轨迹的尖锐点。
3.如权利要求2所述的3D打印尖锐轨迹的处理方法,其特征在于,所述设定的角度阈值为130°~140°。
4.如权利要求1所述的3D打印尖锐轨迹的处理方法,其特征在于,所述步骤S3中:延长的直线的长度不小于2倍的打印机喷头线宽。
5.如权利要求1所述的3D打印尖锐轨迹的处理方法,其特征在于,所述步骤S5中,将所述新的nurbs曲线按照设定的最大偏差角度转换成多重直线。
6.如权利要求5所述的3D打印尖锐轨迹的处理方法,其特征在于,所述设定的最大偏差角度为0.05~0.15。
7.如权利要求1所述的3D打印尖锐轨迹的处理方法,其特征在于,所述步骤S6中,具体打印时的操作方法为:
A、运动装置沿所述前运动轨迹线条运动,打印机喷头持续出料;
B、运动装置到所述前运动轨迹线条的终点后,打印机喷头进行回抽,停止出料;
C、运动装置沿所述中间过渡运动轨迹线条运动,打印机喷头不出料;
D、运动装置到达所述中间过渡运动轨迹线条的终点,即所述后运动轨迹线条的起点后,打印机喷头结束回抽,开始出料;
E、运动装置沿所述后运动轨迹线条运动,打印机喷头持续出料。
8.如权利要求1所述的3D打印尖锐轨迹的处理方法,其特征在于,还包括步骤S7:对于每一层运动轨迹上的每一个尖锐点,均进行步骤S2~S6的操作。
9.如权利要求1所述的3D打印尖锐轨迹的处理方法,其特征在于,还包括步骤S8:输出优化后的运动轨迹,并形成三维打印机可执行的Gcode文件,用于3D打印。
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