基于体素的机械臂连续碳纤维3D打印路径规划

碳纤维长纤3D打印对路径的连续性和复杂构型的无支撑成型均提出了需求。传统三轴熔融沉积3D打印采用平面切片和基于轮廓的路径规划方法，由于成型方向的单一性，悬空结构无法避免支撑的产生；由于采用基于轮廓的路径规划，缺少内部几何信息，无法扩展到曲面空间。针对以上问题，提出了基于机械臂的连续碳纤维3D打印曲面切片和曲面连续路径规划方法。通过三维模型的体素化处理，保证空间信息的完整性；在无支撑无碰撞约束下，分解成系列体素曲面层，保证无支撑成型；采用Fast Marching网格测地线算法，形成曲面空间的连续等距螺旋偏置路径，并对路径进行平滑优化，保证路径的连续性；最后生成用于机械臂3D打印的Gcode路径文件。通过多种三维模型路径规划仿真对比和打印实验，证明了该方法的可行性，实现了曲面分层的无支撑连续路径规划。     

基于体素分解的多自由度机械臂3D打印自适应分层算法

多自由度机械臂3D打印可扩展传统熔融“2.5D”打印的空间自由度，增强打印件的综合力学性能。但由于传统曲面分层算法未进行特征区分，对无需支撑部分进行冗余的无支撑无碰撞约束，会加剧系统资源耗费和时间开销，显著降低切片效率。针对多自由机械臂曲面分层的效率问题，提出基于体素分解的自适应分层算法。以体素化为基础构建三维模型的空间信息，满足曲面分层对内部信息的需要；基于此，提出基于三维凸包的广度优先搜索算法，确保曲面分层的无碰撞无支撑，通过对分层过程中支撑结构的量化分解，实现高效的自适应分层。通过模型的分层仿真测试，结果表明，此算法可实现0.2 mm体素精度下的无支撑无碰撞分层，能够满足机械臂3D打印的分层效率需求。