運動機構掃描路徑控制
影響熔融沉積成型模型制件精度以及翹曲形變的因素很多,例如材料性能、噴頭溫度和成型室溫度影響、填充與擠出速度、三維軟件及掃描路徑等. FDM技術精確成型是需要整體協同配合,其中的掃描路徑從形態上直接影響模型質量和加工效率,所以研究掃描路徑及優化就顯得異常重要.
通常情況下, 3D打印模型處理流程如下:1)建造三維模型,由三維設計軟件,設計出模型的CAD實體; 2)模型的三角網絡化,模型設計后,專
業CAD軟件都自帶轉換和輸出STL格式文件功能，STL文件是將模型用一系列小三角形平面逼近原型的處理，是3D打印領域的標準接口文件；3）對三維模型進行切片處理, 生成的STL文件模型在Z軸上用等間隔平面切出面片; 4)掃描路徑的生成,在切除等間距面片后根據截面輪廓信息設計掃描路徑。
一個優秀的掃描路徑要做到如下幾個方面: 首先, 減少空行程,即減少掃描頭的跳轉次數;其次,減少拉絲現象; 再次,成型時應有好的強度, 有利于減少層間應力和翹曲變形;最后,優化掃描機構的運行狀態，減少噪音和震動,即縮短成型時間并提高成型精度；Onuh等提出發散星形和對角發散星形掃描思想, 該方法從圖形中間開始掃描, 采用X或Y方向以及對角填充方式,這一方法也叫做并行掃描，可以減少整層的收縮應力和削弱翹曲形變效應。然而，這一方式缺點也很明顯,將會導致高度的結構各異性,即整個過程是非連續性路徑,方向的各異性引起頻繁的速度變化, 同時增加了掃描路徑的空行程,使得整個成型時間增多.
Wasser等介紹了一種退火算法構造方式, 允許單一路徑進行連續填充任意形狀的橫截面, 該方法將區域分為多個節點, 節點的數量取決于精度要求, 采用最近區域優先填充方法,減少了空行程的路徑, 提高了掃描效率。Kim和Bertoldi等采用Delaunay三角剖分算法將橫截面和將要填充的三角形空間分解為希爾伯特曲線, 然而這種方法只適用于成型高度規則的對象，不適用于任意邊界對象。文獻構建了輪廓平
行掃描, 運用等軌跡生成算法來提高掃描效率和表層精度, 該方式掃描線沿平行于邊界輪廓線的方向進行掃描, 此方法空行程少, 但是這種掃描矢量生成算法設計多邊形的復雜操作, 形成路徑時間過長.
為了減小掃描路徑的起始和停止點, 加強路徑規劃和表面精度要求, 文獻提出了一種路徑掃描算法能有效解決上述兩種問題。首先，算法采用分治策略將二維幾何圖形分解為一組凸多邊形; 隨后，對于每一個凸多邊形, 使用Z字形和輪廓圖案策略組合的方式來確定最佳的掃描方向; 最后,將所有的單獨子路徑連接形成一個封閉的曲線路線. 表3對比了已存在的混合路徑算法和所提出算法的路徑比較, 一般情況下混合路徑算法根據幾何圖形不同的復雜度掃描路徑在6~11步數之間, 而提出的算法掃描路徑步數為1。同時,路徑元素也大幅度降低, 因此在該掃描路徑下, 可以有效加強路徑規劃和表面精度.
未完待續；
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