三维可视化温控3D打印方法及3D打印机技术

本发明专利技术提供一种三维可视化温控3D打印方法及3D打印机，方法包括：将采用三维绘图软件绘制打印目标对象三维模型转化为模型数据格式；进行体素化处理，形成目标对象的多个二维空间体素化分层拼接数据；构件三维空间运动特征点路径模型；控制3D打印机移动机构的三维移动路径，完成三维可视化温控3D打印。本发明专利技术通过将目标对象三维模型3D点转化为二维点，构建二维点相邻点集合，并角点匹配求交，形成多条交合线重塑三维立体模型，通过构建三维空间运动特征点路径模型，进而控制3D打印机移动机构的三维移动路径，完成三维可视化温控3D打印，提高了切片数据求交的准确性以及3D立体打印中各个维度移动的实时坐标和激光旋转角度的精确性。精确性。精确性。

【技术实现步骤摘要】
三维可视化温控3D打印方法及3D打印机


[0001]本专利技术属于3D打印机
，具体涉及三维可视化温控3D打印方法及3D打印机。

技术介绍

[0002]当今社会，制造业有着重要的地位，零部件的生产技术决定着工业社会的发展，而3D打印作为零件制造的新技术，逐渐在这一行业发展开来，它有着造型丰富，材料广泛，低成本，全能制造，受到社会的高度关注。
[0003]3D打印技术又被称为增料制造技术，是一种快速成型的技术手段。通过利用计算机技术建立3D数字模型，并将3D模型层层分割成多个平面，然后用粉末状的可黏合原材料进行逐层打印。简单来讲，3D打印技术就是把不同材质的原料打印成薄层，然后层层累积，最终形成三维立体形态。3D打印技术可以实现机械制造个性化和定制化生产，可根据顾客的不同需求进行针对性的生产制造，避免原有的大规模生产模式带来的浪费问题。传统机械制造通常要使用大型机械设备及专用模具，因此占地面积比较大，3D打印设备体积都比较小，可以有效减小空间需求。同时，3D打印设备应用于项目前期设计，能够及时发现设计阶段存在的缺陷和不足，并不断修改和完善，可有效降低生产成本。3D技术的另一个重要优势是能够有效提升工作效率。在机械领域，一个产品的制作周期往往都很长，而采用3D技术，可以将时间大大缩短，甚至几个小时内就能完成，产品精度也胜于传统机械制造，既大幅度提高了生产效率，又保证了产品质量。另外，3D打印技术还可以实现很多传统机械制造无法实现的设计理念、优化和创新制造工艺，通过使用计算机建模技术，完成高难度的模型设计，并实现生产。
[0004]现有技术中，通常采用激光发射器对打印的材料进行逐层熔融（采用ABS、PLA、PC、PPSF、PC
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ABS等塑料的FDM熔融挤压堆积技术，或采用光敏树脂为原材料的SLA立体光固化成型技术）或烧结（SLS选择性激光烧结技术）的3D打印技术，在此过程中，将采用CAD、3DS MAX、Pro/e、Solidworks等建模好的三维空间产品模型转存后，进行切片处理并进行喷头路径规划，进而实现三维立体空间模型的逐层打印。如中国专利202210548543.1公开的一种基于二维图像的3D打印切片方法，其在切片过程中采用包围盒算法获取模型在X轴方向最小值坐标Xmin和最大值坐标Xmax、Y轴方向最小值坐标Ymin和最大值坐标Ymax、Z轴方向最小值坐标Zmin和最大值坐标Zmax、包围盒中心点Z轴坐标Zcenter然后在对切平面进行约束，规定切平面与模型的范围，通过切平面构造的平面求交器获取切平面与模型相交的轮廓线；再如中国专利202010437204.7公开的一种基于SLM技术的3D打印扫描方法及3D打印机，其采用的也是使用切片软件对对立体模型进行切片，生成模型切片信息，得到每层模型的二维轮廓，并且扫描获取二维轮廓数据，再处理立体模型的二维轮廓数据，得出轮廓扫描粘接的路径和轮廓扫描失效的路径，再通过计算机设置粘接及失效过程中激光扫描的工艺参数。但是现有技术中都没有将切片获得的多层切片数据中的多个三角面片如何进行求交，并且再转换为要打印出的三维立体产品的各个点位于x轴、y轴和z轴的位置以及采用三
轴激光振镜系统输出激光时，x轴振镜和y轴振镜旋转的角度，进而控制各个时刻的经过x轴振镜、y轴振镜发射后的激光输出的激光角度以及x轴振镜和y轴振镜以及z轴移动机构带动喷头实时移动的三维点坐标定位的喷头路径规划方法，因此，现有技术中的3D打印机并不能精确地将获得的三维模型产品的立体图转化为实时输出的激光打印参数进而精确地控制三轴联动或者五轴联动的3D激光打印机进行产品精确打印。

技术实现思路

[0005]本专利技术针对上述缺陷，提供一种三维可视化温控3D打印方法及3D打印机。本专利技术通过首先将获得的三维绘图软件绘制的目标对象三维模型转化成STL数据格式后，通过三维空间投影技术，将目标对象三维模型通过一定的投影角β将3D点转换为二维平面上的第L层投影图像的第j个二维点，然后再构建二维点邻近的相邻点集合模型，通过构建角点匹配计算模型并遗传神经算法迭代优化各个二维点的相邻点、构建梯度矩阵并计算其秩的大小进而找寻到最邻近的二维点，进而将两个二维体素化点求交，进而将形成的多层二维三角面切片的边求交，形成拥有多个二维三角面切片交合的重塑三维立体图像的多个二维空间体素化分层数据，再通过构建三维空间运动特征点路径模型进而将由多个二维三角面切片求交得到的三维立体图像转化为主控制模块可以控制XY振镜系统的x轴实时坐标、沿x轴实时旋转角度、y轴实时坐标、沿y轴实时旋转角度，以及Z轴移动机构的z轴实时坐标，进而控制3D打印机移动机构的三维移动路径，完成三维可视化温控3D打印，提高了切片数据求交的准确性以及3D立体打印中各个维度移动的实时坐标和激光旋转角度的精确性。
[0006]本专利技术提供如下技术方案：三维可视化温控3D打印方法，包括以下步骤：S1：将采用三维绘图软件绘制的打印目标对象三维模型转化为模型数据格式；S2：对转化为模型数据格式的目标对象三维模型进行体素化处理，形成目标对象的多个二维空间体素化分层拼接数据；S3：根据所述S2步骤得到的目标对象的多个二维空间体素化分层拼接数据，构件三维空间运动特征点路径模型；S4：根据所述S3步骤构建得到的三维空间运动特征点路径模型，控制3D打印机移动机构的三维移动路径，完成三维可视化温控3D打印。
[0007]进一步地，所述S1步骤中的模型数据格式为STL数据格式。
[0008]进一步地，所述S2步骤包括以下步骤：S21：将目标对象三维模型中的投影至x轴和y轴组成的投影平面，形成目标对象表面的多个二维三角面切片，即构建转换模型将目标对象三维模型中的第i个3D点转换为二维平面上的第L层投影图像 的第j个二维点，i=1,2,
…
,Q；j=1,2,
ꢀ…
, M；L=1,2,
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,N；多个二维三角面切片互相平行，每个二维三角面切片中含有投影至该层切片的多个二维点，第L层投影图像由多个二维三角面切片组成；S22：对所述S21步骤形成的目标对象表面N层二维三角面切片数据进行角点求交匹配，形成目标对象的多个二维空间体素化分层拼接数据。
[0009]进一步地，所述S21步骤中的转换模型如下：
，其中，为目标对象三维模型相对于x轴和y轴组成的投影平面的投影角，，，、分别为第L层投影图像中的二维三角面切片于x轴投影的投影转换系数、第L层投影图像中的二维三角面切片于y轴投影的投影转换系数，为第L层投影图像中的二维三角面切片的固有焦距，、分别为第L层投影图像中的二维三角面切片于x轴方向上的单位像素，第L层投影图像中的二维三角面切片于y轴方向上的单位像素；为第L层投影图像中形成多个二维三角面切片的多个二维点的中心点x轴坐标，为第L层投影图像中形成多个二维三角面切片的多个二维点的中心点y轴坐标，、分别为第i个3D点投影至第L层投影图像中的二维三角面切片时沿x轴、y轴的平移距离；为第L层投影图像中与第j个二维点中x轴坐本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.三维可视化温控3D打印方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：将采用三维绘图软件绘制的打印目标对象三维模型转化为模型数据格式；S2：对转化为模型数据格式的目标对象三维模型进行体素化处理，形成目标对象的多个二维空间体素化分层拼接数据；S3：根据所述S2步骤得到的目标对象的多个二维空间体素化分层拼接数据，构件三维空间运动特征点路径模型；S4：根据所述S3步骤构建得到的三维空间运动特征点路径模型，控制3D打印机移动机构的三维移动路径，完成三维可视化温控3D打印。2.根据权利要求1所述的三维可视化温控3D打印方法，其特征在于，所述S1步骤中的模型数据格式为STL数据格式。3.根据权利要求1所述的三维可视化温控3D打印方法，其特征在于，所述S2步骤包括以下步骤：S21：将目标对象三维模型中的投影至x轴和y轴组成的投影平面，形成目标对象表面的多个二维三角面切片，即构建转换模型将目标对象三维模型中的第i个3D点转换为二维平面上的第L层投影图像的第j个二维点，i=1,2,
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,Q；j=1,2,
ꢀ…
, M；L=1,2,
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,N；多个二维三角面切片互相平行，每个二维三角面切片中含有投影至该层切片的多个二维点，第L层投影图像由多个二维三角面切片组成；S22：对所述S21步骤形成的目标对象表面N层二维三角面切片数据进行角点求交匹配，形成目标对象的多个二维空间体素化分层拼接数据。4.根据权利要求3所述的三维可视化温控3D打印方法，其特征在于，所述S21步骤中的转换模型如下：，其中，为目标对象三维模型相对于x轴和y轴组成的投影平面的投影角，，，、分别为第L层投影图像中的二维三角面切片于x轴投影的投影转换系数、第L层投影图像中的二维三角面切片于y轴投影的投影转换系数，为第L层投影图像中的二维三角面切片的固有焦距，、分别为第L层投影图像中的二维三角面切片于x轴方向上的单位像素，第L层投影图像中的二维三角面切片于y轴方向上的单位像素；为第L层投影图像中形成多个二维三角面切片的多个二维点的中心点x轴坐标，为第L层投影图像中形成多个二维三角面切片的多个二维点的中心点y轴坐标，、分别为第i个3D点投影至第L层投影图像中的二维三角面切片时沿x轴、y轴的平移距离；为第L层投影图像
中与第j个二维点中x轴坐标相对应的第L层投影图像x轴坐标，为第L层投影图像中与第j个二维点中x轴坐标相对应的第L层投影图像y轴坐标。5.根据权利要求3所述的三维可视化温控3D打印方法，其特征在于，所述S22步骤包括以下步骤：S221：构建第L层投影图像的第j个二维点作为一个像素的相邻点集合模型：，其中，为第L层投影图像的第j个二维点的一个相邻点，为所述相邻点的x轴坐标，为所述相邻点的y轴坐标，为范式距离，为第j个二维点的x轴坐标与其相邻点的x轴坐标之间的范式距离限定阈值，为第j个二维点的y轴坐标与其相邻点的y轴坐标之间的范式距离限定阈值，因此符合范式距离阈值限定的x轴和y轴坐标的任一一点均为相邻点形成的集合；S222：构建第L层投影图像的第j个二维点与其相邻场集合中任一点的角点匹配计算模型；S223：采用遗传神经算法迭代优化所述S222步骤构建的角点匹配计算模型得到的向量差，构建相邻点梯度矩阵；S224：计算所述相邻点梯度矩阵的秩，判断梯度矩阵的秩是否...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭志凯，
申请(专利权)人：江苏长脖鹿智造科技有限公司，
类型：发明
国别省市：