一种用于模型轻量化三维打印的打印路径的生成方法_2

文档序号:9844218阅读:来源:国知局
单元的各边均被遍历时,该 蜂窝状路径单元的裁剪结束;
[0022]若蜂窝状路径单元的扫描起点ao位于实际填充区域内部时,则从所述扫描起点ao 开始,对蜂窝状路径单元的路径段进行保存,并从所述扫描起点ao开始遍历所述蜂窝状路 径单元的各边,以确定该蜂窝状路径单元的各边与实际填充区域的轮廓交点的次序及个 数,并对交点进行编号 Pl(i = l,2,3……),当i为奇数时,停止对蜂窝状路径单元的路径段 进行保存;当i为偶数时,再次对蜂窝状路径单元的路径段进行保存,直到i再次为奇数时停 止对所述蜂窝状路径单元的路径段进行保存,如此往复循环,当该蜂窝状路径单元的各边 均被遍历时,该蜂窝状路径单元裁剪结束。
[0023] 本发明采用上述技术方案的有益效果是:本发明根据蜂窝状路径单元与实际填充 区域的相对位置进行裁剪,对于与实际填充区域边界相交的蜂窝状路径填充单元,则根据 扫描起点所在位置对蜂窝状路径单元的扫描路径进行保存,以完成对模型轮廓内的扫描路 径的规划。
[0024] 上述技术方案的改进是:在步骤4)中,以所述极小值点为第一个蜂窝状路径单元 的定位点,并在所述直角坐标系中生成点阵,所述点阵中各点作为其他蜂窝状路径单元的 定位点,所述点阵中各点间距为VI/ +冰,再在所述定位点处生成其他蜂窝状路径单元, 使生成的蜂窝状路径单元能够完全覆盖整个切片层。
[0025] 本发明采用上述技术方案的有益效果是:本发明为切片层(直角坐标系第一象限) 规划蜂窝状路径填充单元的位置,使得整个切片层完全被蜂窝状路径单元所覆盖,在一定 条件下可以达到极限情况下使用最少的蜂窝状路径单元即完全覆盖整个切片层。
[0026]上述技术方案的改进是:不同蜂窝状路径单元之间的相邻边相互搭接。
[0027] 上述技术方案的改进是:蜂窝状路径单元间的间距d小于组成所述蜂窝状路径单 元各边的成型丝材宽度w。
[0028] 上述技术方案的改进是:以所述蜂窝状路径单元为基础向内偏置λ次形成λ个偏置 间距为d的,且与原蜂窝状路径单元同中心的蜂窝状的内偏置路径单元。
[0029] 本发明采用上述技术方案的有益效果是:可以通过可控变量λ控制蜂窝状填充单 元的壁厚,提高打印成型结构的力学性能,改善整体受力性能,提高整体的结构强度。
【附图说明】
[0030] 下面结合附图对本发明作进一步说明。
[0031] 图1是本实施例中λ = 〇时的原始单元排布的局部示意图。
[0032] 图2是本实施例中的应用模型的在最小包围盒中的示意图。
[0033] 图3是本实施例中任一切片层上填充蜂窝状路径单元的示意图。
[0034] 图4是本实施例中起始点于外部的裁剪过程的初始状态示意图。
[0035]图5是图4的裁剪结果示意图。
[0036]图6本是实施例的起始点于内部的裁剪过程的初始状态示意图。
[0037]图7是图6的裁剪结果示意图。
[0038] 图8是本实施例的分形路径成型试件压缩试验的负荷-位移曲线图。
[0039] 图9是本实施例的菱形路径成型试件压缩试验的负荷-位移曲线图。
[0040] 图10是本实施例的单双壁厚蜂窝状路径成型试件压缩试验的的负荷-位移曲线 图。
[0041] 图11是本实施例的蜂窝状路径成型试件压缩试验的的负荷-位移曲线图。
[0042] 图12是用本实施例的方法生成的异形结构下λ = 〇时的路径的效果图。
[0043] 图13是用本实施例的方法生成的异形结构下λ=1时的路径的效果图。
【具体实施方式】
[0044] 实施例
[0045] 如图1-7所示,本实施例的一种用于模型轻量化三维打印的打印路径的生成方法, 执行如下步骤:
[0046] 1)如图2所示,根据模型的尺寸确定模型的最小包围盒;本实施例中的最小包围盒 一般为长方体,在特殊情况下或为圆柱体,具体需要看所围的原始模型的形状是否规则,而 最小包围盒的各面均与原始模型的外轮廓相切;
[0047] 2)对包围盒切片,形成多个相同的切片层;
[0048] 3)在所述切片层的同平面上建立直角坐标系;
[0049] 4)如图3所示,以所述切片层在所述直角坐标系的极小值点为起点向所述直角坐 标系中填充若干边长为1相互之间间距为d的蜂窝状路径单元,直至整个切片层被完全覆盖 为止;
[0050] 极小值点是指相对于切片层上其他各点而言,x,y均最小的点。
[0051] 为计算方便可在已建立的直角坐标系中建立一个相对直角坐标系,而相对直角坐 标系的原点为所述极小值点,以此来简化运算;除此之外还可以之间将极小值点就定义为 坐标原点,也可达到简化处理过程的目的。
[0052] 在本实施例中1的取值取决于应用那种工艺进行结构打印,就一般而言,若是将本 方法应用于FDM成型工艺,则1取值不大于30mm,若1大于30mm,在生成封闭式的结构时会出 现结构塌陷的情况。若是采用激光烧结SLS工艺时,因为工艺本身的原因,模型不会因为1的 值过大而出现塌陷,那么此时的1值则根据需要按需设计,在不考虑力学强度和材料耗损的 情况下理论上来说1的取值可以是无穷大。而当考虑到力学性能等概念时,则要综合考虑选 用材料的弹性模量E s、模型的屈曲临界值成型丝材宽度w、内偏置次数λ以及蜂窝状路径 单元间的间距d等,以此来综合考量如何能在材料耗损最小的情况下实现力学性能的最大 化。
[0053] 5)根据各切片层的实际填充区域对切片层进行裁剪,得到该切片层的打印路径;
[0054]各切片层的实际填充区域为模型的轮廓与该实际填充区域对应的切片层的相交 区域。一般情况下,模型轮廓指模型的外轮廓,若模型不仅有外轮廓还有内轮廓时,即中空 结构时,轮廓所指为内、外轮廓。但无论是外轮廓情况还是内、外轮廓的情况,其中除了内、 外轮廓时实际填充区域为一个由内、外轮廓与切层面共同相交的连通区域外,其他操作步 骤一致,均是要无论是内轮廓外轮廓都均要考虑的。
[0055] 本实施例的在步骤5)中对切片层进行裁剪时,
[0056] a.对于位于该填充层的实际填充区域外部的蜂窝状路径单元,则将其裁剪舍弃;
[0057] b.对于位于该填充层的实际填充区域内部的蜂窝状路径单元,则不对其进行裁 剪,并保证其原位置不动;
[0058] c.对于与该填充层的实际填充区域的边界轮廓相交的蜂窝状路径单元,则根据蜂 窝状路径单元与该填充层的实际填充区域相交的顶点个数判断进行裁剪操作,保留位于所 围区域内的蜂窝状路径单元的单元路径段。
[0059]进一步的,在本实施例的在c中,
[0060]若蜂窝状路径单元的扫描起点ao位于实际填充区域外部时,如图4所示,则从扫描 起点ao开始遍历蜂窝状路径单元的各边,以确定该蜂窝状路径单元的各边与实际填充区域 的轮廓交点的次序及个数,并对交点进行编号Pi(i = l,2,3 ),当i为奇数时,此时蜂窝 状路径单元的路径段在实际填充区域内,对该路径段进行保存;当i为偶数时,停止对蜂窝 状路径单元的路径段进行保存,如此往复循环,直到该蜂窝状路径单元的各边均被遍历时, 该蜂窝状路径单元的裁剪结束,结果如图5;
[0061] 若蜂窝状路径单元的扫描起点ao位于实际填充区域内部时,如图6所示,则从扫描 起点ao开始,对蜂窝状路径单元的路径段进行保存,并从扫描起点ao开始遍历蜂窝状路径单 元的各边,以确定该蜂窝状路径单元的各边与实际填充区域的轮廓交点的次序及个数,并 对交点进行编号 ?1(1 = 1,2,3……),当i为奇数时,停止对蜂窝状路径单元的路径段进行保 存;当i为偶数时,再次对蜂窝状路径单元的路径段进行保存,直到i再次为奇数时停止对蜂 窝状路径单元的路径段进行保存,如此往复循环,当该蜂窝状路径单元的各边均被遍历时, 该蜂窝状路径单元裁剪结束,结果如图7所示。
[0062] 本实施例在步骤4)中,以所述极小值点为第一个蜂窝状路径单元的定位点,并在 直角坐标系中生成点阵,点阵中各点作为其他蜂窝状路径单元的定位点,点阵中各点间距 为+ d,再在定位点处生成其他蜂窝状路径单元,使生成的蜂窝状路径单元能够完全 覆盖整个切片层。点阵中点的个数N可以根据实际填充区域面积A除以蜂窝
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