(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111562018.7 (22)申请日 2021.12.20 (71)申请人 西安理工大 学 地址 710048 陕西省西安市碑林区金花 南 路5号 (72)发明人 徐宏伟　李佳　叶文斌　张航　 (74)专利代理 机构 西安弘理专利事务所 61214 专利代理师 许志蛟 (51)Int.Cl. B29C 64/386(2017.01) B29C 64/393(2017.01) B33Y 50/00(2015.01) B33Y 50/02(2015.01) G06F 30/20(2020.01) (54)发明名称 3D打印轮廓偏置填充路径规划算法 (57)摘要 本发明公开了一种3D打印轮廓偏置填充路 径规划算法， 主要包括如下步骤： 步骤1， 获取偏 置轮廓链表； 步骤2， 确定与X坐标轴成θ角度直 线逼近偏置轮廓曲线， 确定外接正方形； 步骤3， 确定对应的矩阵阶数并递推计算得到Hilbert矩 阵， 划分网格并对网格编号； 步骤4， 确定网格与 偏置轮廓的相对位置关系， 找出与偏置轮廓相交 的边缘网格并重新确定扫描路径连接点； 步骤5， 判断边缘网格连接点之间偏置轮廓的凹凸性， 若 呈凹陷状， 则将该段凹陷轮廓嵌入两边缘网格连 接点之间； 步骤6， 按照网格编号对从小到 大进行 排序， 顺序连接网格连接点得到数条有序的路径 曲线。 步骤7， 改变θ值， 重复步骤1 ‑6， 直到完成 所有切层的填充路径规划。 权利要求书2页 说明书7页 附图4页 CN 114434802 A 2022.05.06 CN 114434802 A 1.3D打印轮廓偏置填充路径规划算法， 其特 征在于： 具体包括如下步骤： 步骤1， 根据分层得到轮廓链表， 剔除链表中的细小轮廓线后进行等距偏置， 得到偏置 轮廓链表； 步骤2， 针对步骤1得到的偏置轮廓链表， 确定与X坐标轴成θ角度直线逼近偏置轮廓曲 线， 找出偏置轮廓的外 接矩形， 从而确定 外接正方形； 步骤3， 根据填充密度与Hilbert矩阵的阶数的关系， 确定对应的矩阵阶数并递推计算 得到Hilbert矩阵； 然后根据步骤2得到的外 接正方形划分网格并对网格编号； 步骤4， 确定网格与偏置轮廓的相对位置关系， 舍掉偏置轮廓外的网格， 找出与偏置轮 廓相交的边 缘网格并重新确定扫描路径连接点； 步骤5， 判断边缘网格连接点之间偏置轮廓的凹凸性， 若呈凹陷状， 则将该段凹陷轮廓 嵌入两边 缘网格连接点之间； 步骤6， 按照网格编号从小到大进行排序， 顺序 连接网格连接点得到数条有序的路径曲 线。 2.根据权利要求1所述3D打印轮廓偏置填充路径规划算法， 其特征在于： 所述步骤1的 具体过程 为： 步骤1.1， 遍历轮廓链 表， 合并轮廓中的细小轮廓， 得到新的轮廓链 表； 步骤1.2， 设置偏置距离L， 遍历新的轮廓链表， 依次进行等距偏置， 得到偏置的轮廓数 据链表。 3.根据权利要求2所述3D打印轮廓偏置填充路径规划算法， 其特征在于： 所述步骤2包 括如下步骤： 步骤2.1， 过打印边界矩形的四个顶点做正方形， 第二象限正方形边与X轴正方向成θ角 度； 步骤2.2， 遍历偏置轮廓链表， 逐点与正方形边求矩， 分别找出轮廓上与各正方形边距 离最近的点； 从而确定偏置轮廓的外 接矩形； 步骤2.3， 在外接矩形的基础上， 以矩形较长边为边长， 确定一个与X轴成θ角度的外接 正方形。 4.根据权利要求3所述3D打印轮廓偏置填充路径规划算法， 其特征在于： 所述步骤3的 具体过程 为： 步骤3.1， 求整数最小Hi lbert矩阵阶数 K， 满足以下公式： 其中， b线材挤压后宽度； M为 填充密度设置参数0 ‑1； D为轮廓外 接正方形边长； 步骤3.2， 递推求得 K阶Hilbert矩阵； 步骤3.3， 以外接正方形的一顶点为起始点划分网格， 以外接最小正方形的顶点(X2, Y2)为起始点， 计算每 个网格的顶点及中心点 坐标， 具体为： 根据如下公式计算每 个网格的边长为d： 遍历轮廓线链表， 求得该层轮廓线的x_min,x_max,y_min和y_max， 确定轮廓的最小外权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114434802 A 2接正方形对角点坐标(x_min,y_min)， (x_max， y_max)， 并计算各顶点的坐标x,y,z.计算过 程如下： x＝x_min+j*d y＝y_min+i*d z＝n*k 其中， i、 j表示遍历循环的次数， d表示网格的边长， n 为层数， k 为分层的厚度； 计算网格中心点 坐标(cx、 cy)的计算公式如下 所示： 其中， m表示x轴方向上的第几个网格， n表示y方向上的第几个网格。 5.根据权利要求4所述3D打印轮廓偏置填充路径规划算法， 其特征在于： 所述步骤4具 体包括如下步骤： 步骤4.1， 遍历网格链 表， 根据跨 立公式判断网格四个顶点与轮廓线位置关系； 步骤4.2， 由四个顶点的mark参数可以确定每个网格与轮廓线位置关系， 若网格的四个 顶点全在轮廓内部， 则网格flag参数标记为2； 若 四个顶点全在轮廓外部， 则网格flag参数 标记为‑1； 根据网格四顶点与轮廓线位置关系， 确定每个网格与轮廓线位置关系并找出与 轮廓线相交的边 缘网格； 步骤4.3， 若边缘网格与轮廓交于a1， a2两点。 过两点中点做直线垂直于差量较大的坐标 轴方向， 直线交于偏置轮廓与C点， 将C点代替网格中心点作为 边缘网格的连接点。 6.根据权利要求5所述3D打印轮廓偏置填充路径规划算法， 其特征在于： 所述步骤5的 具体过程 为： 步骤5.1， 对边缘网格利用边缘网格扫描路径连接点的确定方法重新计算连接点， 并将 新的连接点作为轮廓点插 入轮廓链 表； 步骤5.2， 判断编号相邻的两个边 缘网格连接点之间轮廓曲线的凹凸性； 步骤5.3， 若该段轮廓曲线为凸状， 两个边缘网格之间直线连接； 若该段轮廓曲线为内 凹状， 则将该 段轮廓曲线嵌入两个边 缘网格之间。 7.根据权利要求6所述3D打印轮廓偏置填充路径规划算法， 其特征在于： 所述步骤6的 具体过程 为： 步骤6.1， 采用直接插入排序法对网格进行排序将网格按Hilbert矩阵元素从小到大进 行排序； 步骤6.2， 遍历得到的有序网格链表， 依次将网格连接点坐标按照Gcode文件规则输出， 最终生成Gcode指令文件。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114434802 A 3