面向喷墨3D打印的上位机软件设计与开发

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在现代3D打印制造业中,喷墨3D打印技术进行了快速的发展。随着复杂的工业场景不断出现,对喷墨3D打印设备的快速性和精密性要求不断提升。上位机程序作为3D打印最核心的一环,承担了模型切片和生成GCode的重要功能。上位机切片程序的优劣性直接影响到打印的效率和精度。国内大多数的上位机软件往往聚焦于FDM 3D打印,这种打印方式喷头数量少,切片程序简单。而对于多喷头喷墨3D打印,传统的切片及GCode生成方式不再适用。本文设计的喷墨3D打印上位机程序,采用全新的数据结构存储STL模型的三角片特征,并提前设置好不同三角片的邻接关系,有效提升了上位机软件切片的效率。同时,运用多视图分视角划分打印区域的方式,有效避免了喷头在非打印区域的空走,提升了喷墨3D打印的效率。本文主要研究内容展开如下:首先,设计了一种可实现增删改查并能够排序的数据结构,在需要实现数据的增删改查,同时需要保证数据有序性的场景下都可以使用该数据结构。其次,针对STL模型载入做了特定的优化,本文将STL模型中的数据转换为三角片对象,并对三角片对象以本文提出的排序方式进行了排序。此排序为后续切片优化了大量的复杂度。使建立三角片的关系的复杂度由传统的O(N2)降为了O(N log N),同时使得单层切片的复杂复杂度由O(N2)降为了O(N),其中N为三角片的个数。然后,通过利用多边形中各个线段的X轴方向的最大值xmax和X轴方向的最小值xmin来对线段进行排序,优化了计算扫描线的复杂度,将复杂度从O(NM)降低为了O(M),其中N为每一层多变形线段的数量,M为切面数。对喷头上多个喷嘴的喷墨路径划分了视图,其中一个视图包含了喷头一次移动中多个喷嘴的各自喷射路径。同时,针对打印时的特殊情况也做了考虑,有效避免了喷头在空腔内的空走,提高了打印效率。最后,提出了一种多物件喷墨3D打印优化摆放的算法。有效减少了多物件打印的打印区域,提高了打印的效率。同时,设计并开发了GCode的路径模拟程序和与喷墨3D打印机通信的串口程序,前者用于检验GCode的正确性,后者可以将GCode发送至打印机中进行打印。
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