发明内容

为了解决现有三维打印路径规划中树形结构模型在不同分支转换次数过多的缺点，本发明提供一种基于轮廓投影的切片打印顺序优化打印方法，该方法通过对分层轮廓重新组合，实现模型按分支打印的方法，优化打印路径规划，以改善传统分层打印中对树形结构打印规划效率不高的问题。该方法判断清晰，适应性广，是一种高效的3D打印路径规划方法。

一种切片打印顺序优化方法，包括以下步骤：

(1)输入按照原始顺序排列的初始填充区域集；

(2)将初始填充区域集中的填充区域按层分为若干子合集，根据子集合顺序构建对应的空白优化填充区域集合A；

(3)按顺序选取一没有经过处理的子集合作为当前子集合，判断其中是否存在过渡层；

若存在，则将该子集合内所有填充区域按原始顺序存入当前优化填充区域集合A的对应位置，并更新优化填充区域集合A；

若不存在，进入下一步；

(4)将当前子集合内的填充区域进行分支化处理，并按照分支化顺序逐个存入优化填充区域集合A，再次更新优化填充区域集合A；返回步骤(3)直至所有子集合全部处理完毕；

(5)输出重新规划打印顺序的优化填充区域集合A。

上述优化打印方法，将模型划分成多个打印分支，并采取按层打印和按分支打印相结合的路径规划方式，极大减少了打印过程中喷头在不同分支间快速移动的次数，节省了三维打印时间，优化了三维打印路径规划方法，尤其适用于带有分支结构的模型的三维打印。

作为优选，步骤(1)中，输入切片数据，得到切片轮廓，采用clipper方法在模型切片层内对轮廓进行运算，进而得到轮廓的填充区域。

步骤(1)中，切片数据由XY平面或者与XY平面平行的平面与目标模型截交求交线，得到某一层高处的截交线段。这些截交线段会在该平面组成若干个封闭轮廓。完成后得到这样的组织结构：目标模型划分成了若干个切片层，特定层高的切片层上有若干个封闭轮廓，轮廓由截交线段拼接而成。

利用clipper方法在切片层内对轮廓运算，得到分层轮廓的填充区域，并按照传统逐层打印的方式规划该填充区域的打印顺序，形成初始填充区域集。

作为优选，步骤(2)中，每个所述子集合的厚度小于打印喷头的凸出尺寸，避免出现打印喷头再转换打印区域时与已打印的模型干涉的问题。所述打印喷头包括喷头主体和喷嘴，喷嘴的一端嵌入喷头主体内，另一端伸出喷头主体；前述打印喷头的凸出尺寸即喷嘴伸出喷头主体的尺寸。

喷头主体可与喷嘴是一体成型件，也可以是固定喷嘴的独立结构，其径向尺寸一般大于喷嘴的径向尺寸，在打印过程中，若子集合的厚度大于喷嘴伸出喷头主体的尺寸，在更换打印区域时容易造成与已打印的模型干涉，因此需要控制子集合厚度。

作为优选，步骤(3)中，按照由下至上的顺序依次选取子集合，保证打印由下至上依次进行。

作为优选，步骤(3)中，判断当前子集合中是否存在过渡层时，自下而上依次进行如下判断：若子集合中某一层内的填充区域数量与其下面相邻层内的填充区域数量不相等，则该层为所述过渡层。

当一个子集合中出现过渡层时，说明该过渡层内的填充区域的数量与其下一层内的填充区域的数量不相等，这种情况下该子集合内的填充区域则不能被规划成多个打印分支，需采用逐层打印的方式进行规划打印。

作为优选，步骤(4)中，将当前子集合内的填充区域进行分支化处理，并按照分支化顺序逐个存入优化填充区域集合A的方法如下：

针对当前子集合，从最底层或最顶层开始，任意或按照顺序选取一未处理的填充区域作为当前填充区域，根据相邻层填充区域是否存在交集，依次寻找当前填充区域的所有相关填充区域，得到当前填充区域对应的相关填充区域分支，并将该相关填充区域分支中的填充区域按照从下到上的顺序依次存入到优化填充区域集合A中，按照相同方法完成所有相关填充区域分支的存入。

上述选取一未处理的填充区域时，可以按照逆时针或者顺时针的顺序进行填充区域的选择，该顺序作为最终的打印顺序被保存在优化填充区域集合A中。

作为进一步优选，判断相邻层填充区域是否存在交集的方法为：利用clipper库，将相邻层填充区域对应的轮廓输入clipper库进行交集运算。

作为更进一步优选，利用clipper库对轮廓进行求交运算时，若填充区域是由内层轮廓和外层轮廓共同限定，则输入clipper库进行交集运算的应为该填充区域的外层轮廓。

clipper是一种图形处理库，可用于解决平面二维图形的交、并、差等运算和偏置处理，在3D打印领域有着广泛应用。在clipper库中，所有算法的输入输出都是path对象(二维多段线)，在本文中，封闭轮廓都是path对象。在clipper库中，输入的轮廓按其作用可被分为两个类别，一类是subject，一类是clip。在求交运算中，clip与subject等价可互换，求得的结果是两个轮廓同时覆盖到的平面区域，不重合的部分将被舍弃。

作为具体优选，将当前子集合内的填充区域进行分支化处理，并按照分支化顺序逐个存入优化填充区域集合A的方法如下：

由当前子集合内的最底层即第1层(i＝1)或最顶层即第k层(i＝k)开始选取；

4.1、选取当前子集合中第i层内的任意或按照顺序选取一未处理的填充区域作为当前填充区域，其中i∈[1,k]，k为当前子集合中切片层数；

4.2、将当前填充区域对应的轮廓和第i+1层(从最底层开始的情况)或i-1层(从对底层开始的情况)内的填充区域对应的轮廓分别向XY平面内投影，利用clipper库，找出第i+1或i-1层内与当前填充区域对应的轮廓投影有交集的轮廓投影对应的填充区域；

4.3、将4.2中找出的填充区域作为当前填充区域，并以第i+1或i-1层作为当前层i(即i＝i+1或i＝i-1)，重复步骤4.1和4.2判断出下一当前填充区域，直至i+1＞k或i-1＜0时，得到一个与当前填充区域相关的打印分支，并停止判断；

4.4、将4.3中得到的组成打印分支的填充区域标记并按照由下至上的顺序存入优化填充区域集合A中，并更新优化填充区域集合A；

4.5、按照4.1-4.4中的判断方法，依次找到与第i层内每个未被标记的填充区域相关的打印分支，并将每个打印分支内的填充区域标记并按照由下至上的顺序存入优化填充区域集合A中，直至当前子集合内所有的填充区域均被标记，完成当前子集合内填充区域的分支化处理，并更新优化填充区域集合A。

上述步骤4.2中，所述XY平面应理解为水平面，并与将模型切片的平面平行。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明的打印方法在对目标模型切片建立相关模型结构的基础上对路径规划进行优化，针对具有分支结构的模型，将生成的填充区域按层分为若干个子集合，将子集合内每层内填充区域个数相等的子集合运用将切片生成的填充区域向XY平面上投影，得到相邻切片层内在XY平面上的投影存在交集的填充区域，并将相互关联的填充区域划分成一个打印分支，采用逐分支打印；将子集合内每层填充区域的个数不完全相等的子集合采用传统的逐层打印，从而提出逐层打印与逐分支打印结合的路径规划方式。

本发明的打印方法因运算量小具有较高的处理效率，同时极大减少了在具有分支结构的模型的三维打印路径规划中打印喷头在不同分支间快速移动(G0)的次数，进而减少了三维打印时间，优化了三维打印路径规划方法。且逻辑清晰简单，可以为具有分支结构的模型打印提供更高效的路径规划方法。