[发明专利]一种基于关联树的3D打印填充路径生成方法

说明书

一种基于关联树的3D打印填充路径生成方法，包括得到切片文件，每个层片具有外轮廓和至少一个内轮廓；设定路径间距，将外轮廓朝内迭代偏置，内轮廓朝外迭代偏置，直到偏置多边形的数目为0为止，获取偏置多边形集合；根据包含与被包含的父子关系对偏置多边形进行分组，每个偏置多边形集合对应一个子区域；由子区域之间的毗邻关系构造关系树；分别在各个子区域内部生成各自的闭合填充路径；根据关系树将具有父子关系的子区域的闭合填充路径进行连接，生成当前拓扑连通区域内部的闭合填充路径。本发明具有既能各种截面形状通用，又能够减少3D打印的填充路径中空走路径数量或实现无空走路径的优点。

技术领域

本发明涉及3D打印技术路径生成方法领域，尤其涉及一种基于关联树的3D打印填充路径生成方法。

背景技术

3D打印技术是基于离散-堆积原理，由模型的三维数据驱动，采用逐层堆积的方式直接加工实体零件的技术方法，实现了从等材制造与减材制造到增材制造的转变，从而彻底改变了传统制造的理念与模式。由于3D打印技术可以一次成型而无需额外的机械加工，可以在一定程度上缩短产品的加工时间，从而可以提高生产效率并降低生产成本，目前已在多个领域得到广泛的应用。同时，3D打印技术可以与互联网、大数据、云计算等新兴及先进技术进行完美结合，是数字化制造的主要内容，成为推动制造业发展与升级的关键技术。

在3D打印之前需要对数字化的三维模型进行处理，将其转化成机器硬件能够识别并用以驱动加工设备的“语言”，这个过程被称为 3D打印技术的过程规划。尽管3D打印技术种类众多，制造工艺也存在差异，但它们采用的过程规划的基本步骤却是相同的，所以过程规划是3D打印技术的一个通性却非常关键的问题。过程规划主要包括四个步骤：确定制造方位、生成支撑、切片以及规划路径，以上每个步骤对成形过程以及成形制件的表面质量、精度、强度都有很大的影响；最后输出的路径用以驱动3D打印设备实现加工成形。

对于3D打印技术，分层厚度越小，分层的层片数量越多则打印精度越高。而每个层片的填充都需要耗费一定的喷涂填充时间，层片数量越多零件的成型时间越长，生产效率越低。因此，在轮廓内部的填充路径生成是降低零件成型时间，提高生产效率的关键技术之一。所有的内部填充路径包括两个部分：打印路径和空走路径。打印路径是喷头填充成型材料的路径，空走路径是连接各打印路径且需要关闭喷头的路径。

现有路径规划方法，如平行往复法与轮廓偏置法，生成的填充路径中往往会存在较多的空走路径。空走路径不仅会增加填充时间，降低成型效率，还会带来喷头的频繁开关问题，缩短喷头的寿命。因此生成的填充路径应减少空走路径的数目。

发明内容

本发明的目的提供一种既能各种截面形状通用，又能够减少3D 打印的填充路径中空走路径数量或实现无空走路径的基于关联树的 3D打印填充路径生成方法。

一种基于关联树的3D打印填充路径生成方法，包括如下步骤：

步骤1：根据成形方位与层厚分布得到待成形实体零件的切片文件，每个层片具有外轮廓和至少一个内轮廓；

步骤2：设定路径间距，将外轮廓朝内迭代偏置，内轮廓朝外迭代偏置，直到偏置多边形的数目为0为止，获取偏置多边形集合C；

步骤3：根据包含与被包含的父子关系对偏置多边形进行分组，得到偏置多边形集合，在一个偏置多边形集合中的偏置多边形之间具有父子关系，每个偏置多边形集合对应一个子区域；

步骤4：由子区域之间的毗邻关系构造关系树，关系树中父节点与子节点之间具有毗邻关系，同一层节点之间相互独立；

步骤:5：分别在各个子区域内部生成各自的闭合填充路径；

步骤6：根据关系树将具有父子关系的子区域的闭合填充路径进行连接，生成当前拓扑连通区域内部的闭合填充路径。