本发明涉及3d打印技术领域，具体地涉及一种3d打印扫描方法、系统及3d打印机。
背景技术：
目前的激光3d打印扫描方法一般分为直线填充、环形填充和螺旋填充，如图1a至图1c所示，分别为直线填充、环形填充和螺旋填充的3d打印扫描路径所生成的工件的效果示意图。通过图1a和图1b的图示可以直观地看出，使用直线填充和环形填充两种路径生成方式在3d打印时都存在较为明显阶梯效应，当零件边界轮廓与扫描方向所成夹角较小时，阶梯效应较为明显，严重影响了3d打印的成形精度；图1c采用了对边界轮廓进行偏移的方法进行生成，所以在原理上避免了阶梯效应的产生，但在对边缘部分精确度要求较高的工件（例如薄壁件）进行路径生成时，尤其在3d打印单道熔覆宽度与最小壁厚相当的情况下，由于轮廓偏移距离已超过了薄壁处的壁厚的1/2，将导致狭长的薄壁结构处无法生成相应的扫描路径（如图1d所示）。对于此类变曲率的狭长薄壁结构，通过前两种填充方式可以生成扫描路径，但会因阶梯效应导致精度下降，且得到扫描路径较为琐碎、短小，由于加速度在路径起停阶段的突变，在激光3d打印时会造成表面形貌的恶化，即便采用手工分块将层轮廓进行切割，仍旧无法避免。
因此，对于此类带有薄壁结构的工件，现有的3d扫描路径生成方法难以有效保证打印的精度，开发一种用于薄壁结构工件时仍能有效保证打印精度的3d打印扫描技术成为亟待解决的技术问题。
技术实现要素：
本发明实施例的目的是提供一种3d打印扫描方法、系统、3d打印机及机器可读存储介质，以提高3d打印的薄壁结构工件的打印精度。
为了实现上述目的，本发明实施例提供一种3d打印扫描方法，包括：解析待3d打印的模型文件以确定关于打印对象的连通的实体截面；解析所述实体截面所包含的多个边界元素；执行边界元素扫描路径生成步骤，包括：确定所述边界元素所对应的泰森多边形；根据所述边界元素到所述泰森多边形的最大偏移距离和预定的偏移距阈值，生成针对所述边界元素的扫描路径段。
本发明实施例另一方面提供一种3d打印扫描系统，包括：实体截面解析单元，用于解析待3d打印的模型文件以确定关于打印对象的连通的实体截面；边界元素解析单元，用于解析所述实体截面所包含的多个边界元素；边界元素扫描路径段生成单元，包括：泰森多边形生成模块，用于确定所述边界元素所对应的泰森多边形；边界元素扫描路径段生成模块，用于根据所述边界元素到所述泰森多边形的最大偏移距离和预定的偏移距阈值，生成针对所述边界元素的扫描路径段。
本发明实施例又一方面提供一种3d打印机，包括上述的3d打印扫描系统。
本发明还一实施例提供一种机器可读存储介质，所述可读存储介质中存储有指令，所述指令用于控制机器执行本申请上述的3d打印扫描方法。
通过上述技术方案，确定出实体截面的边界元素所对应的泰森多边形，并根据边界元素到其所对应的泰森多边形的最大偏移距离和预定的偏移距来生成针对所述边界元素的扫描路径段。由此，基于泰森多边形具有其封闭的多边形区域内部所有点到对应边界元素的距离均小于到其他边界元素的距离的特性，拟定对应其泰森多边形的扫描路径段，使得即使轮廓偏移距离超过了薄壁处的壁厚的一半时，也依然能够有效保证打印的精度。
本发明实施例的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施例，但并不构成对本发明实施例的限制。在附图中：
图1a是直线填充的3d打印扫描路径所生成的工件的效果示意图；
图1b是环形填充的3d打印扫描路径所生成的工件的效果示意图；
图1c是螺旋填充的3d打印扫描路径所生成的工件的效果示意图；
图1d是将图1c所示的扫描路径生成方法应用至薄壁件的效果示意图；
图2是本发明一实施例的3d打印扫描方法的流程图；
图3是对stl模型切片得到的封闭轮廓的示例；
图4a是轮廓分组、元素初始化后的实体截面的效果示意图；
图4b是单个边界元素的平分线的示例；
图4c是单个边界元素的泰森多边形的示例；
图4d是针对所有边界元素的元素泰森多边形的示例；
图4e是实体截面针对单个偏距下所生成的扫描路径段；
图4f是实体截面针对所有偏距下所生成的扫描路径段；
图5是本发明一实施例的薄壁件3d打印路径生成方法的流程图；
图6是应用本发明实施例的3d打印扫描路径方法所生成的工件的效果示意图；
图7是本发明一实施例的3d打印扫描系统的结构框图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施例，并不用于限制本发明实施例。
如图2所示，本发明一实施例的3d打印扫描方法，包括：
s21、获取待3d打印的模型文件。
具体的，该待3d打印的模型文件例如可以是stl类型的文件，但也可以是其他类型的3d打印模型文件，在此应不作限定。另外，关于该获取方式，可以是向3d打印机中导入相应的模型文件。
s22、解析该3d打印的模型文件，以确定关于打印对象的连通的实体截面。
具体的，该实体截面的确定过程，可通过统计待3d打印的模型文件中各个轮廓之间的被包含次数，将所有被包含偶数次的轮廓确定为实体截面的外轮廓，并将所有被包含奇数次的轮廓确定为实体截面的内轮廓。
如图3所示，通过对stl模型切片得到的封闭轮廓进行分组，得到连通的实体截面（因为是对stl文件进行切片，将得到由直线构成的封闭轮廓），具体可以是统计各个轮廓之间的被包含次数，所有被包含偶数次（n）的轮廓为实体截面的外轮廓，所有被外轮廓包含且被包含次数为n-1次的轮廓则为对应的实体截面的内轮廓，由此可以确定分层后所有的实体截面。如图3所示，轮廓3和轮廓4相对应，分别为模型实体截面最外圈结构的外轮廓和内轮廓；轮廓5和轮廓6是内圈结构的外轮廓和内轮廓，其中，轮廓3被包含的次数是0次，轮廓4被轮廓3包含1次，轮廓5分别被轮廓3和轮廓4包含1次（其一共被包含2次），轮廓6分别被轮廓3、轮廓4和轮廓5包含1次（其一共被包含3次），由此可统计出各个轮廓的被包含次数以及关于该次数的奇偶性。
s23、解析实体截面所包含的多个边界元素。
如图4a所示，其示出了轮廓分组、元素初始化后的实体截面的效果示意图。
s24、执行边界元素扫描路径生成步骤，以生成针对边界元素的扫描路径段。
关于该边界元素扫描路径生成步骤的具体细节，可以通过以下方式来确定：
s141、确定边界元素所对应的泰森多边形.
具体的，可以是基于该边界元素与其他边界元素之间的平分线，并利用过边界元素端点且垂直于边界元素的射线将平分线截断为平分线段。如图4b所示，其示出了单个边界元素的平分线的示例。进一步的，基于属于边界元素的所有平分线段生成所述对应的泰森多边形，其中平分线段属于定义它的两个边界元素所有，例如可以是直接将满足条件的平分线段确定为对应的泰森多边形，如图4c示出了单个元素的泰森多边形。
s142、根据边界元素到泰森多边形的最大偏移距离和预定的偏移距，生成针对边界元素的扫描路径段。
具体的，可以是当边界元素到对应的泰森多边形的最大偏移值大于偏移距阈值时，直接将偏移后的边界元素作为扫描路径线段；当边界元素到对应的泰森多边形的最大偏移值小于或等于所述偏移距阈值时，根据其所对应的泰森多边形中的非初始平分线生成扫描路径段，其中非初始平分线用于指示平分线的两个定义边界元素不相邻，由此生成针对边界元素的扫描路径线段。
可以理解的是，本发明实施例方法对于边缘元素的数量并不限定，其可以是单个、多个或所有，且都应该被涵盖在本发明实施例的保护范围内。
在本发明的优选实施例中，可以是针对实体截面的所有边界元素实施相应的打印扫描路径生成方法，如图4d示出了针对所有边界元素的元素泰森多边形的示例。另外，当对多个边界元素实施打印扫描路径生成方法时，可以是为多个边界元素分别对应设定不同的偏移距阈值；基于所设定的该不同的偏移距阈值，分别为实体截面的多个边界元素执行边界元素扫描路径生成步骤，以确定分别对应于多个边界元素的多个扫描路径段；以及根据所确定的多个扫描路径段，生成针对待3d打印的模型文件的扫描路径。如图4e示出了实体截面针对单个偏距下所生成的扫描路径段，以及如图4f示出了实体截面针对所有偏距下所生成的扫描路径段。
如图5所示，本发明一实施例的薄壁件3d打印路径生成方法的流程图，包括：
1）对stl模型切片得到的封闭轮廓进行分组，得到连通的实体截面（因为是对stl文件进行切片，将得到由直线构成的封闭轮廓）。
2）对实体截面的每一个边界元素求取对应的泰森多边形（在此封闭多边形区域内部的所有点到对应边界元素的距离小于到其他边界元素的距离）。其具体流程可以是：
2.1)取实体截面中的一个边界元素elex，求取其与其他边界元素（elen!=elex）的平分线，并利用过边界元素端点且垂直于边界元素的射线将平分线截断为平分线段；其中，平分线段属于定义它的两个边界元素所有。
2.2)在属于当前边界元素的所有平分线段中,以过边界元素终点的初始平分线段作为当前平分线段curbi，以边界元素终点作为当前平分线的起始点curbistart，以过边界元素起点的初始平分线段作为终止平分线biend；其中如果平分线的两个定义边界元素相邻，则称平分线为初始平分线。
2.3）将当前平分线段curbi添加到构成泰森多边形的链表中，检查当前平分线段是否是biend，是则当前边界元素的泰森多边形已经完成，转到步骤2.5）执行；否则继续进行步骤2.4）；
2.4）求取所有其他边界元素平分线段bicutter与当前平分线段curbi的交点，选取距离当前平分线起始点最近的交点作为当前平分线的终点curbiend，将对应的平分线更新为当前平分线curbi，此交点作为更新后当前平分线的起始点curbistart，跳转到步骤2.3）执行；
2.5）检查实体截面中是否每一个边界元素都进行了泰森多边形的求取，是则结束当前实体截面的泰森多边形生成；否则转到步骤2.1）执行，继续下一个边界元素泰森多边形的求取。
3）按由小到大偏距d（初始值为d0），依次对实体截面的每个边界元素进行扫描线段的生成，其具体流程是：
3.1)初始化偏距：d=d0；初始化边界元素elen=ele1；
3.2)对边界元素elen求出其泰森多边形的最大偏移距离dmax；判断条件d<dmax是否成立,如果是则跳到步骤3.4）执行；
3.3）如果d==d0且泰森多边形中的非初始平分线未标记(flag==false)，则依次取泰森多边形中的非初始平分线作为扫描线段，并对相应的平分线段做出标记(flag=true)，跳转到步骤3.5）执行；否则直接跳转到步骤3.5)执行；
3.4）取偏移后的边界元素作为扫描线段；
3.5）判断elen是否为最后一个边界元素，是则跳转到步骤3.6）执行，否则取下一个边界元素elen=elen->nextele，跳转到步骤3.2）执行；
3.6）更新偏距值为d=d+delta,判断偏距d是否超过指定最大偏移值dspecified，是则完成实体截面的扫描路径生成；否则初始化边界元素elen=ele1，跳转到步骤3.2）执行。
本发明实施例方法具有可靠性高、累计误差小的优点，且可以显著地提高薄壁工件3d打印的精度与表面质量。如图6所示，其示出的是应用本发明实施例的3d打印扫描路径方法所生成的工件的效果示意图。
如图7所示，其示出了本发明一实施例的3d打印扫描系统70，包括：实体截面解析单元701，用于解析待3d打印的模型文件以确定关于打印对象的连通的实体截面；边界元素解析单元702，用于解析所述实体截面所包含的多个边界元素；边界元素扫描路径段生成单元703，包括：泰森多边形生成模块7031，用于确定所述边界元素所对应的泰森多边形；边界元素扫描路径段生成模块7032，用于根据所述边界元素到所述泰森多边形的最大偏移距离和预定的偏移距阈值，生成针对所述边界元素的扫描路径段。
在一些优选实施方式中，所述泰森多边形生成模块7031用于基于该边界元素与其他边界元素之间的平分线，并利用过边界元素端点且垂直于边界元素的射线将平分线截断为平分线段；以及基于属于所述边界元素的所有平分线段生成所述对应的泰森多边形，其中平分线段属于定义它的两个边界元素所有。
本发明另一方面的实施例还提供了一种3d打印机，其包括上述的3d打印扫描系统。本发明实施例还一方面提供一种机器可读存储介质，该机器可读存储介质上存储有指令（例如软件程序指令等），该指令用于使得机器执行上述的3d打印扫描方法。
需说明的是，本发明实施例所公开的3d打印机和3d打印扫描系统还可以包括对应于本申请上述3d打印扫描方法的功能单元或模块，并且其更具体的细节和效果可以参照上文方法实施例的描述，在此便不赘述。
以上结合附图详细描述了本发明实施例的可选实施方式，但是，本发明实施例并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明实施例的技术构思范围内，可以对本发明实施例的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明实施例的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明实施例对各种可能的组合方式不再另行说明。
本领域技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得单片机、芯片或处理器（processor）执行本申请各个实施例所述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（rom，read-onlymemory）、随机存取存储器（ram，randomaccessmemory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
此外，本发明实施例的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明实施例的思想，其同样应当视为本发明实施例所公开的内容。