立体打印方法及系统与流程

本发明涉及打印技术领域，尤其涉及一种在节省材料的基础上提高打印质量的立体打印方法及系统。

背景技术：

立体打印技术是一种采用数字模型文件为基础，运用可粘和材料，通过逐层打印的方式来构造物体的打印方法；其可以自动、快速地将设计思想物化为具有一定结构和功能的原型或直接制造零部件，可以简化生产制造过程，快速有效地生产出各种商品，因此近年来，立体打印得到了迅速的发展。

在逐层打印过程中，采用材料的不同填充密度会得到不同的打印效果。例如，当填充密度较低时，可以加快打印速度，节约打印线材，但打印失败概率高；当填充密度较高时，可以增加打印成功概率，但打印时间长，打印材料消耗大。现有的立体打印技术中，打印物体时一般采用同一种填充密度。然而即使对于同一物体，由于其各个层级的面积和形状彼此不同，统一采用同一填充密度，也会带来一些问题。

例如，如图1～3所示，依次为采用现有技术中打印方法第一实例时第n-1层切片、第n层切片和第n+1层切片的示意图，图中平行线条之间的间距大小表示填充密度的大小，当相互平行的线条之间的间距小时，线条分布密集，表示填充密度大，当相互平行的线条之间的间距大时，线条分布松散，表示填充密度小。在该物体的中心处有低洼部分，此处第n层表示在中心处出现图形突变的一层切片。如果统一采用低密度填充的方式进行逐层打印，会导致在打印中心低洼部分时，下面没有可依赖的支撑，打印材料会直接向下掉落，打印出来的物体会有残缺。

又例如，如图4～6所示，依次为采用现有技术中打印方法第二实例时第n-1层切片、第n层切片和第n+1层切片的示意图，同样地，图中平行线条之间的间距大小表示填充密度的大小。在该物体的下方处有较大的图形形状变化，此处第n层切片为在下方出现图形突变的一层切片。如果统一采用低密度填充的方式进行逐层打印，会导致在打印突然出现的封闭部分时，下面没有任何可依赖的支撑，打印线材直接向下掉落，打印出来的物体有破洞。

技术实现要素：

针对现有技术中的问题，本发明的目的在于提供一种立体打印方法及系统，根据需要调整打印过程中的材料填充密度，既不浪费打印材料，也能提高打印质量。

本发明实施例提供一种立体打印方法，包括如下步骤：

建立各层切片对上层切片的支撑程度与多种填充密度的映射关系；

对立体打印对象模型进行切片处理，得到多层切片；

获取各层所述切片支撑上层切片的程度，并根据所述映射关系确定各层所述切片的填充密度；

采用确定的填充密度对各层所述切片进行立体打印。

优选地，所述映射关系为：所述待确定切片所对应的填充密度随所述待确定切片对上层切片的支撑程度增大而减小。

优选地，所述待确定切片对上层切片的支撑程度随上层切片在所述待确定切片上的正投影与所述待确定切片的重合度增大而增大。

优选地，所述映射关系为：

所述待确定切片不能完全支撑所述上层切片时，所述待确定切片为非支撑切片，除所述非支撑切片之外的其他所述切片为支撑切片，所述支撑切片采用第一填充密度，所述非支撑切片采用第二填充密度，所述第一填充密度小于所述第二填充密度。

优选地，确定各层所述切片的填充密度之前，还包括确定各层所述切片中突变切片的步骤，所述突变切片的判断标准为：

当所述上层切片在所述待确定切片上的正投影存在未落入所述待确定切片内的无内部支撑区域，所述上层切片为突变切片；

所述确定各层所述切片的填充密度，包括：

确定各个所述突变切片的下方至少一层所述切片为非支撑切片，除所述非支撑切片之外的其他切片为支撑切片，所述支撑切片采用第一填充密度，所述非支撑切片采用第二填充密度。

优选地，所述映射关系为：

所述待确定切片和所述上层切片的外墙均不能完全支撑所述上层切片时，所述待确定切片为非支撑切片，除所述非支撑切片之外的其他所述切片为支撑切片，所述支撑切片采用第一填充密度，所述非支撑切片采用第二填充密度，所述第一填充密度小于所述第二填充密度；

所述上层切片的外轮廓线向内缩进偏差值形成内轮廓线，所述外轮廓线和所述内轮廓线之间形成的区域为所述上层切片的外墙。

优选地，根据立体打印的喷头口径和所述立体打印对象模型的形状确定所述偏差值。

优选地，确定各层所述切片的填充密度之前，还包括确定各层所述切片中突变切片的步骤以及确定不能被外墙支撑的突变切片的步骤，其中：

所述突变切片的判断标准为：

当所述上层切片在所述待确定切片上的正投影存在未落入所述待确定切片内的无内部支撑区域，所述上层切片为突变切片。

所述确定不能被外墙支撑的突变切片，包括如下子步骤：

获取各层所述突变切片的内轮廓线形成的无外墙支撑区域；

判断所述无内部支撑区域和所述无外墙支撑区域是否存在重叠区域，如果是，则所述突变切片不能被外墙支撑，否则所述突变切片能够被外墙支撑。

优选地，所述确定各层所述切片的填充密度，包括：

确定所述不能被外墙支撑的突变切片的下方至少一层所述切片为非支撑切片，除所述支撑切片之外的其他所述切片为支撑切片，所述支撑切片采用第一填充密度，所述非支撑切片采用第二填充密度。

本发明实施例还提供一种立体打印系统，应用于所述的立体打印方法，所述系统包括：

映射建立单元，用以建立各层切片对上层切片的支撑程度与多种填充密度的映射关系；

切片单元，用以对立体打印对象模型进行切片处理，得到多层切片；

填充密度确定单元，用以获取各层所述切片对上层切片的支撑程度，并根据所述映射关系确定各层所述切片的填充密度；

打印单元，用以采用确定的填充密度对各层所述切片进行立体打印。

本发明所提供的立体打印方法及系统具有下列优点：

本发明提供了一种平衡打印耗材与物体强度的立体打印方法，增加一种判断标准，根据各层切片与上下层切片的支撑关系选择合适的填充密度，既不浪费打印材料，也能提高打印质量，将打印时间控制在合理范围之内，并且增加打印成功概率，降低立体打印的成本。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显。

图1是采用现有技术中打印方法打印第一实例时n-1层切片示意图；

图2是采用现有技术中打印方法打印第一实例时n层切片示意图；

图3是采用现有技术中打印方法打印第一实例时n+1层切片示意图；

图4是采用现有技术中打印方法打印第二实例时n-1层切片示意图；

图5是采用现有技术中打印方法打印第二实例时n层切片示意图；

图6是采用现有技术中打印方法打印第二实例时n+1层切片示意图；

图7是本发明一实施例的立体打印方法的流程图；

图8是本发明一实施例的确定填充密度的流程图；

图9是本发明另一实施例的确定填充密度的流程图；

图10是本发明另一实施例的确定无内部支撑区域时的轮廓示意图；

图11是本发明另一实施例的确定无外墙支撑区域时的轮廓示意图；

图12是本发明另一实施例的确定不能被外墙支撑的突变切片时的轮廓示意图；

图13是本发明一实施例的立体打印系统的结构示意图；

图14是采用本发明中打印方法打印第一实例时n-1层切片示意图；

图15是采用本发明中打印方法打印第一实例时n层切片示意图；

图16是采用本发明中打印方法打印第一实例时n+1层切片示意图；

图17是采用本发明中打印方法打印第二实例时n-1层切片示意图；

图18是采用本发明中打印方法打印第二实例时n层切片示意图；

图19是采用本发明中打印方法打印第二实例时n+1层切片示意图。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略对它们的重复描述。

如图7所示，为本发明一实施例的立体打印方法的流程图，包括如下步骤：

S100：建立各层切片对上层切片的支撑程度与多种填充密度的映射关系；

S200：对立体打印对象模型进行切片处理，得到多层切片；

S300：获取各层所述切片支撑上层切片的程度，并根据所述映射关系确定各层所述切片的填充密度；

S400：采用确定的填充密度对各层所述切片进行立体打印。

本发明根据各层切片对上层切片的支撑程度，在一个打印对象中选择不同的填充密度，避免了现有技术中采用整个打印对象均采用同样的填充密度而带来的矛盾。

下面，以两个具体实施例来进一步介绍本发明的立体打印方法。

在一实施例中，所述映射关系优选为：待确定切片对上层切片的支撑程度越低，所述待确定切片所对应的填充密度越大。即当所述待确定切片无法很好地支撑上层切片时，采用较大的填充密度，增加所述待确定切片的承重能力，从而很好地支撑上层切片。

在判断所述待确定切片对上层切片的支撑程度大小时，可以采用如下标准：

所述上层切片在所述待确定切片上的正投影与所述待确定切片的重合度越低，所述待确定切片对上层切片的支撑程度越低。

由于立体打印的物体是采用立体设备逐层打印形成的，当所述上层切片在该切片上的正投影与所述待确定切片有重合的地方时，在重合的地方所述待确定切片可以给予上层切片以可靠的支撑，而所述上层切片在所述待确定切片上的正投影存在未与所述待确定切片重合的区域，则可能会得不到良好的支撑，当未重合的区域较大时，可以适当增加所述待确定切片的填充密度，增强对所述上层切片的支撑能力。

该实施例将所述多种填充密度分为两种：第一填充密度和第二填充密度，所述第一填充密度小于所述第二填充密度，将所述切片根据支撑程度分为非支撑切片和支撑切片，对于非支撑切片来说，指的是不能依靠其形状本身来完全支撑其上层切片的切片，因此需要采用第二填充密度增强支撑能力，对于支撑切片来说，指的是依靠自身形状即可以完全支撑上层切片的切片，因此所述支撑切片采用第一填充密度即可以满足支撑要求。

在对立体打印对象模型进行切片处理后，执行确定填充密度的要求。

如图8所示，为本发明一实施例的确定填充密度的流程图。确定填充密度包括如下子步骤：

S301-A：确定各层所述切片中的突变切片；

其中所述突变切片是指与下层切片相比形状发生变化的一层切片，所述突变切片的判断标准为：当所述上层切片在所述待确定切片上的正投影存在未落入所述待确定切片内的无内部支撑区域，所述上层切片为突变切片；

由于突变切片相对于下层切片的形状发生了突变，即突变切片在下层切片上的投影与下层切片不完全重合，因此，存在无法依靠下层切片的形状本身进行支撑的区域，因此，突变切片的下层切片相对于其他切片来说，支撑程度较低。

S302-A：确定各个所述突变切片的下方至少一层切片为非支撑切片，除所述非支撑切片之外的其他切片为支撑切片；

此处确定各个所述突变切片的下方至少一层切片为非支撑切片，是因为，在实际应用中，如果仅仅增加突变切片下方的一层切片的填充密度，可能仍不足以对突变切片进行很好的支撑，可能需要进一步增加多层切片的填充密度。

S303-A：所述支撑切片采用第一填充密度，所述非支撑切片采用第二填充密度。

在实际应用中，也可以先设定所有切片的填充密度为较低的第一填充密度，然后在确定填充密度时，将其中的非支撑切片的填充密度改为较高的第二填充密度；也可以先设定所有切片的填充密度为较高的第二填充密度，然后在确定填充密度时，将其中的支撑切片的填充密度改为较低的第一填充密度，均属于本发明的保护范围之内。

在另一实施例中，所述映射关系优选为：

所述待确定切片和所述上层切片的外墙不能完全支撑所述上层切片时，所述待确定切片为非支撑切片，除所述非支撑切片之外的其他切片为支撑切片，所述支撑切片采用第一填充密度，所述非支撑切片采用第二填充密度，所述第一填充密度小于所述第二填充密度。

因此，与上一实施例相比，本发明进一步增加考虑了上层切片的外墙对上层切片自身的支撑能力。此处上层切片的外墙指的是：上层切片的外轮廓线向内缩进偏差值形成内轮廓线，所述外轮廓线和所述内轮廓线之间形成的区域为所述上层切片的外墙。

该实施例将所述多种填充密度分为两种：第一填充密度和第二填充密度，所述第一填充密度小于所述第二填充密度，将所述切片根据支撑程度分为非支撑切片和支撑切片，对于非支撑切片来说，指的是不能依靠其形状本身来完全支撑其上层切片的切片，因此需要采用第二填充密度增强支撑能力，对于支撑切片来说，指的是依靠自身形状即可以完全支撑上层切片的切片，因此所述支撑切片采用第一填充密度即可以满足支撑要求。

在对立体打印对象模型进行切片处理后，执行确定填充密度的要求。

如图9所示，为本发明另一实施例的确定填充密度的流程图。

S301-B：确定各层所述切片中突变切片；

此处确定突变切片的方法与上一实施例相同，即当所述上层切片在所述待确定切片上的正投影存在未落入所述待确定切片内的无内部支撑区域，所述上层切片为突变切片；

如图10所示，示出了确定无内部支撑区域时的轮廓示意图。其中A表示突变层在下层切片上的正投影轮廓图形，B表示突变层下层切片的轮廓图形。将两个轮廓图形相减A-B，得到图中有填充图案的部分，即无内部支撑区域；

S302-B：确定不能被外墙支撑的突变切片，包括如下子步骤：

(1)获取各层所述突变切片的内轮廓线形成的无外墙支撑区域；

如图11所示，为确定无外部支撑区域时的轮廓示意图。其中，突变层的外轮廓线所包围的部分设定为C，向内缩一定的偏差值D形成内轮廓线，该偏差值为打印对象无法依赖外墙自然向上攀升的值，因此该偏差值根据立体打印的喷头口径和所述立体打印对象模型的形状确定；无外墙支撑区域即为图中具有填充图案的部分，即内轮廓线所包围的部分；

(2)判断所述无内部支撑区域和所述无外墙支撑区域是否存在重叠区域，如果是，则所述突变切片不能被外墙支撑，否则所述突变切片能够被外墙支撑。

如图12所示，为确定不能被外墙支撑的突变切片时的轮廓示意图。其中E表示无内部支撑区域，F表示无外墙支撑区域，将二元图形E和F相交，得到共同包含的区域G，即图中有填充图案的部分，如果该区域G不为孔，则所述突变切片不能被外墙支撑，否则所述突变切片能够被外墙支撑。

S303-B：确定所述不能被外墙支撑的突变切片的下方至少一层切片为非支撑切片，除所述支撑切片之外的其他切片为支撑切片；

同样地，此处确定各个所述突变切片的下方至少一层切片为非支撑切片，是因为，在实际应用中，如果仅仅增加突变切片下方的一层切片的填充密度，可能仍不足以对突变切片进行很好的支撑，可能需要进一步增加多层切片的填充密度。

S304-B：所述支撑切片采用第一填充密度，所述非支撑切片采用第二填充密度。

同样地，在实际应用中，也可以先设定所有切片的填充密度为较低的第一填充密度，然后在确定填充密度时，将其中的非支撑切片的填充密度改为较高的第二填充密度；也可以先设定所有切片的填充密度为较高的第二填充密度，然后在确定填充密度时，将其中的支撑切片的填充密度改为较低的第一填充密度，均属于本发明的保护范围之内。

如图13所示，本发明实施例还提供一种立体打印系统，应用于所述的立体打印方法，所述系统包括：

映射建立单元100，用以建立各层切片对上层切片的支撑程度与多种填充密度的映射关系；

切片单元200，用以对立体打印对象模型进行切片处理，得到多层切片；

填充密度确定单元300，用以获取各层所述切片对上层切片的支撑程度，并根据所述映射关系确定各层所述切片的填充密度；

打印单元400，用以采用确定的填充密度对各层所述切片进行立体打印。

如图13～15所示，分别为采用本发明的立体打印方法打印第一实例时n-1层切片、n层切片和n+1层切片的示意图，同样地，图中平行线条之间的间距大小表示填充密度的大小。与现有技术的第一实例相同，在该物体的中心处有低洼部分，此处第n层表示在中心处出现图形突变的一层切片。与现有技术不同的是，本发明在第n-1层中增加了填充密度，即第n-1层切片采用了较高的填充密度进行打印，从而对第n层切片进行很好地支撑，避免了材料的掉落而出现残缺或破洞。

如图16～18所示，分别为采用本发明的立体打印方法打印第二实例时n-1层切片、n层切片和n+1层切片的示意图，同样地，图中平行线条之间的间距大小表示填充密度的大小。与现有技术的第二实例相同，在该物体的下方处有较大的图形形状变化。第n层切片为在下方出现图形突变的一层切片。与现有技术不同的是，本发明在第n-1层中增加了填充密度，即第n-1层切片采用了较高的填充密度进行打印，从而对第n层切片进行很好地支撑，避免了材料的掉落而出现残缺或破洞。

本发明所提供的立体打印方法及立体打印系统具有下列优点：

本发明提供了一种平衡打印耗材与物体强度的立体打印方法，增加一种判断标准，根据各层切片与上下层切片的支撑关系选择合适的填充密度，既不浪费打印材料，也能提高打印质量，将打印时间控制在合理范围之内，并且增加打印成功概率，降低立体打印的成本。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。