栅格类零件增材制造的最优路径自动生成方法和系统

1.本发明涉及增材制造的技术领域，具体涉及一种栅格类零件增材制造的最优路径自动生成的方法和系统。


背景技术：

2.增材制造是以数字模型为基础，将材料层层叠加以成形三维结构实体的制造技术。对比传统减材制造(如机加工)和等材制造(如铸锻焊)，增材制造技术在复杂结构件的生产制造中具有不可替代的优势，已广泛应用于工业生产各领域。
3.当前增材制造设备，不管是树脂材料还是金属材料，在进行打印前，都需要手动设计喷头的行进路径。然而，对于一些栅格类结构的二维切片图，在个人设计路径时，由于一些图无法一次性完成，就会产生断点。这种断点在金属材料增材过程中会增加增材步骤的重启次数，由于增材过程需要首先加热焊丝，在重启过程中有失败概率，因此增加重启次数会严重影响打印及成型；在树脂材料增材过程中，由于树脂被加热，由于惯性，在断点区域依然会流出，会影响下一层的打印过程。
4.因此，目前在面对栅格类结构的增材制造时，面临增材制造过程停顿从而影响增材效果的技术问题。


技术实现要素：

5.针对现有技术中所存在的不足，本发明提供了一种栅格类零件增材制造的最优路径自动生成方法和系统，以解决现有技术中面对栅格类结构的增材制造时，面临增材制造过程停顿从而影响增材效果的技术问题。
6.本发明提供了一种栅格类零件增材制造的最优路径自动生成方法，包括：
7.s1、录入需要进行增材制造的栅格结构的所有路径；
8.s2、对所述路径进行建模生成二维切片图，读取所述二维切片图中所有的点和边；
9.s3、将所有的点分类为奇数点和偶数点，连接的线的数量为奇数的点为奇数点，连接的线的数量为偶数的点为偶数点；
10.s4、判断所述二维切片图是否能一笔画，若能够一笔画，求得最短欧拉路径，即为增材制造的最优路径，若不能一笔画则将所有奇数点及相邻奇数点之间的连线作为输入，求得最短哈密尔顿路径；
11.s5、将所述最短哈密尔顿路径中的所有奇点两两相连，得到转化路径；
12.s6、将所述转化路径与所述二维切片图结合，得到优化格栅结构，并求得所述优化格栅结构的最短哈密尔顿路径；
13.s7、基于所述优化格栅结构的最短哈密尔顿路径增材制造后，切除栅格结构的多余部分。
14.可选地，所述判断所述二维切片图是否能一笔画，包括：
15.当奇数点为0或2且仅为0或2时，判断所述二维切片图能够一笔画。
16.可选地，所述若能够一笔画，求得最短欧拉路径，包括：
17.若能够一笔画，则应用hierholzer算法，求得最短欧拉路径。
18.本发明还提供了一种栅格类零件增材制造的最优路径自动生成系统，包括：
19.录入模块，用于录入需要进行增材制造的栅格结构的所有路径；
20.建模模块，用于对所述路径进行建模生成二维切片图，读取所述二维切片图中所有的点和边；
21.分类模块，用于将所有的点分类为奇数点和偶数点，连接的线的数量为奇数的点为奇数点，连接的线的数量为偶数的点为偶数点；
22.判断模块，用于判断所述二维切片图是否能一笔画，若能够一笔画，求得最短欧拉路径，即为增材制造的最优路径，若不能一笔画则将所有奇数点及相邻奇数点之间的连线作为输入，求得最短哈密尔顿路径；
23.转化模块，用于将所述最短哈密尔顿路径中的所有奇点两两相连，得到偶数点转换路径；
24.合并模块，用于将所述偶数点转换路径与所述二维切片图结合，得到优化格栅结构，并求得所述优化格栅结构的最短哈密尔顿路径；
25.切割模块，基于所述优化格栅结构的最短哈密尔顿路径增材制造后，切除栅格结构的多余部分。
26.可选地，所述判断模块还包括：
27.当奇数点为0或2且仅为0或2时，判断所述二维切片图能够一笔画。
28.可选地，所述判断模块还包括：
29.若能够一笔画，则应用hierholzer算法，求得最短欧拉路径。
30.相比于现有技术，本发明具有如下有益效果：
31.通过识别栅格类结构图中的奇数点，判断其是否能一次成型，并针对不能一次成型的结构，使用算法，在结构内增加可在后处理中清理的最少结构消除奇数点，使更改后的结构能够一次成型，实现了栅格类结构图的一次性完成，避免了断点的产生，提高了增材制造的成功率。
附图说明
32.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
33.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
34.图1为本发明的流程示意图；
35.图2为本发明一实施例中栅格类蜂窝结构板实物图；
36.图3为本发明一实施例中栅格类蜂窝板的二维切面示意图；
37.图4为本发明一实施例中转化路径的示意图；
38.图5为本发明一实施例中转换路径和二维切片图结合的示意图；
39.图6为本发明一实施例中最终完成的路径的示意图。
具体实施方式
40.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。本发明实例中相同标号的功能单元具有相同和相似的结构和功能。
41.参见图1，本发明提供了本发明提供了一种栅格类零件增材制造的最优路径自动生成方法，包括：
42.s1、录入需要进行增材制造的栅格结构的所有路径；
43.s2、对所述路径进行建模生成二维切片图，读取所述二维切片图中所有的点和边；
44.s3、将所有的点分类为奇数点和偶数点，连接的线的数量为奇数的点为奇数点，连接的线的数量为偶数的点为偶数点；
45.s4、判断所述二维切片图是否能一笔画，若能够一笔画，求得最短欧拉路径，即为增材制造的最优路径，若不能一笔画则将所有奇数点及相邻奇数点之间的连线作为输入，求得最短哈密尔顿路径；
46.s5、将所述最短哈密尔顿路径中的所有奇点两两相连，得到转化路径；
47.s6、将所述转化路径与所述二维切片图结合，得到优化格栅结构，并求得所述优化格栅结构的最短哈密尔顿路径；
48.s7、基于所述优化格栅结构的最短哈密尔顿路径增材制造后，切除栅格结构的多余部分。
49.本实施例中，提供一种具体的栅格类零件增材制造的最优路径自动生成方法，其中，s1、录入需要进行增材制造的栅格结构的所有路径。
50.参见图2，将需要进行增材制造的栅格结构的3d模型切片，将增材所需经过的路程全部输入python。
51.s2、对所述路径进行建模生成二维切片图，读取所述二维切片图中所有的点和边。
52.参见图3，通过python建模生成二维切片图，读取所述二维切片图中所有的点和边。
53.s3、将所有的点分类为奇数点和偶数点，连接的线的数量为奇数的点为奇数点，连接的线的数量为偶数的点为偶数点。
54.奇数点指连接的线的数量为奇数的点，例如
‘
t’的中间点，偶数点为连接的线的数量为偶数的点，例如
‘
l’的拐点。
55.s4、判断所述二维切片图是否能一笔画，若能够一笔画，求得最短欧拉路径，即为增材制造的最优路径，若不能一笔画则将所有奇数点及相邻奇数点之间的连线作为输入，求得最短哈密尔顿路径。
56.首先判断所述二维切片图是否能一笔画，当奇数点为0或2且仅为0或2时，所述二维切片图能够一笔画，则应用hierholzer算法，求得最短欧拉路径，即增材所需路径。若不能一笔画，则将所有奇数点及相邻奇数点之间的连线作为输入，采用回溯法，选择任意一个奇数点作为开始，依次遍历所有可能的路径，直到找到一条包含所有节点的路径或者遍历完所有路径，求得最短哈密尔顿路径，即点与点之间全部连接且不重复的路径。
57.s5、将所述最短哈密尔顿路径中的所有奇数点两两相连，得到转化路径。
58.参见图4，将所述最短哈密尔顿路径中的所有奇数点两两相连，那这两个奇数点就会各多一条连接线，这样奇数点就被转化成偶点，奇数点归零。
59.s6、将所述转化路径与所述二维切片图结合，得到优化格栅结构，并求得所述优化格栅结构的最短哈密尔顿路径。
60.参见图5，将转换路径和所述二维切片图结合，得到最新设计的优化格栅结构，基于优化格栅结构，求得其最短哈密尔顿路径。
61.s7、基于所述优化格栅结构的最短哈密尔顿路径增材制造后，切除栅格结构的多余部分。
62.参见图6，所述优化格栅结构的最短哈密尔顿路径即为最终一笔画需要完成路径，基于所述优化格栅结构的最短哈密尔顿路径增材制造后，对于原栅格结构内部多余部分，使用线切割方式即可全部消除；对栅格结构外部多余部分直接切除即可。
63.本发明将需要进行打印的路径输入计算机，直接计算并输出栅格类结构的一笔画路径设计方案。对于不能一笔画的结构，我们会在原来结构的基础上，增加最少的辅助线，获得能够一笔完成的路径，最终实现增材制造过程无停顿。在路径设计方面不需要人工参与，且对于栅格类结构，都能够实现一次成型，不需要多次线段组合进行打印，极大提高成品率和生产效率。解决了当前增材制造设备中，栅格类结构的二维切片图无法一次性完成，就会产生断点的问题。
64.本发明还提供了一种栅格类零件增材制造的最优路径自动生成系统，包括：
65.录入模块，用于录入需要进行增材制造的栅格结构的所有路径；
66.建模模块，用于对所述路径进行建模生成二维切片图，读取所述二维切片图中所有的点和边；
67.分类模块，用于将所有的点分类为奇数点和偶数点，连接的线的数量为奇数的点为奇数点，连接的线的数量为偶数的点为偶数点；
68.判断模块，用于判断所述二维切片图是否能一笔画，若能够一笔画，求得最短欧拉路径，即为增材制造的最优路径，若不能一笔画则将所有奇数点及相邻奇数点之间的连线作为输入，求得最短哈密尔顿路径；
69.转化模块，用于将所述最短哈密尔顿路径中的所有奇点两两相连，得到偶数点转换路径；
70.合并模块，用于将所述偶数点转换路径与所述二维切片图结合，得到优化格栅结构，并求得所述优化格栅结构的最短哈密尔顿路径；
71.切割模块，基于所述优化格栅结构的最短哈密尔顿路径增材制造后，切除栅格结构的多余部分。
72.需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除
在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
73.以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

技术特征：
1.一种栅格类零件增材制造的最优路径自动生成方法，其特征在于，包括：s1、录入需要进行增材制造的栅格结构的所有路径；s2、对所述路径进行建模生成二维切片图，读取所述二维切片图中所有的点和边；s3、将所有的点分类为奇数点和偶数点，连接的线的数量为奇数的点为奇数点，连接的线的数量为偶数的点为偶数点；s4、判断所述二维切片图是否能一笔画，若能够一笔画，求得最短欧拉路径，即为增材制造的最优路径，若不能一笔画则将所有奇数点及相邻奇数点之间的连线作为输入，求得最短哈密尔顿路径；s5、将所述最短哈密尔顿路径中的所有奇点两两相连，得到转化路径；s6、将所述转化路径与所述二维切片图结合，得到优化格栅结构，并求得所述优化格栅结构的最短哈密尔顿路径；s7、基于所述优化格栅结构的最短哈密尔顿路径增材制造后，切除栅格结构的多余部分。2.如权利要求1所述的栅格类零件增材制造的最优路径自动生成方法，其特征在于，所述判断所述二维切片图是否能一笔画，包括：当奇数点为0或2且仅为0或2时，判断所述二维切片图能够一笔画。3.如权利要求2所述的栅格类零件增材制造的最优路径自动生成方法，其特征在于，所述若能够一笔画，求得最短欧拉路径，包括：若能够一笔画，则应用hierholzer算法，求得最短欧拉路径。4.一种栅格类零件增材制造的最优路径自动生成系统，其特征在于，包括：录入模块，用于录入需要进行增材制造的栅格结构的所有路径；建模模块，用于对所述路径进行建模生成二维切片图，读取所述二维切片图中所有的点和边；分类模块，用于将所有的点分类为奇数点和偶数点，连接的线的数量为奇数的点为奇数点，连接的线的数量为偶数的点为偶数点；判断模块，用于判断所述二维切片图是否能一笔画，若能够一笔画，求得最短欧拉路径，即为增材制造的最优路径，若不能一笔画则将所有奇数点及相邻奇数点之间的连线作为输入，求得最短哈密尔顿路径；转化模块，用于将所述最短哈密尔顿路径中的所有奇点两两相连，得到偶数点转换路径；合并模块，用于将所述偶数点转换路径与所述二维切片图结合，得到优化格栅结构，并求得所述优化格栅结构的最短哈密尔顿路径；切割模块，基于所述优化格栅结构的最短哈密尔顿路径增材制造后，切除栅格结构的多余部分。5.如权利要求4所述的栅格类零件增材制造的最优路径自动生成系统，其特征在于，所述判断模块还包括：当奇数点为0或2且仅为0或2时，判断所述二维切片图能够一笔画。6.如权利要求4所述的栅格类零件增材制造的最优路径自动生成系统，其特征在于，所述判断模块还包括：
若能够一笔画，则应用hierholzer算法，求得最短欧拉路径。

技术总结
本发明提供了一种栅格类零件增材制造的最优路径自动生成方法，本发明通过将需要进行打印的路径输入计算机，直接计算并输出栅格类结构的一笔画路径设计方案。对于不能一笔画的结构，我们会在原来结构的基础上，增加最少的辅助线，获得能够一笔完成的路径，最终实现增材制造过程无停顿。在路径设计方面不需要人工参与，且对于栅格类结构，都能够实现一次成型，不需要多次线段组合进行打印，极大提高成品率和生产效率。解决了当前增材制造设备中，栅格类结构的二维切片图无法一次性完成，就会产生断点的问题。断点的问题。断点的问题。


技术研发人员：于兴华 张宝鑫 孙震 王小鹏 崔金瀚 夏军超 肖宁
受保护的技术使用者：斯图加特航空自动化（青岛）有限公司 北京理工大学
技术研发日：2023.05.31
技术公布日：2023/10/6