[0004] 针对已有技术的不足，本发明的目的在于提出一种面向熔融沉积成形的连续打印路径规划方法，能够避免使用连续增强纤维打印时进行切断操作，并简化后处理工作量。本发明使用现有切片方法的输出三维模型的切片，在二维切片上识别多个独立的连通区域，分别生成连续路径，然后通过三维整体优化，将各个切片内部的连续路径连接起来，形成一个全局连续的打印路径。
[0005] 为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0006] 一种面向熔融沉积制造的3D连续路径生成方法，具体包括以下步骤：
[0007] (1)根据打印方向和层厚获得加工三角面片模型的一组切片，及每个切片上的二维截面轮廓集合。根据二维轮廓集合生成连通区域树，遍历连通区域树，获得每个给定连通区域的封闭边界；
[0008] (2)从第一层切片最大面积的连通区域开始，依次访问各层，通过区域面积、距离和碰撞检测关系依次选择下一个连通区域，构建待处理连通子区域队列。
[0009] (3)针对待处理连通子区域队列中的每个连通子区域，依次生成入口与出口相邻的连续2D填充路径；
[0010] (4)将待处理连通子区域队列中相邻的连通子区域内填充路径的入口与出口相互连接，生成3D连续填充路径。
[0011] 所述步骤(1)中，连通区域树中的根节点不包含数据，其余节点包含连通区域内的独立轮廓。其中子节点轮廓位于父节点轮廓之内。从连通区域树的第二层开始，父节点及其所有子节点构成一个带有孔洞结构的连通区域，以此类推。
[0012] 所述步骤(2)中，具体步骤包括：
[0013] (2.1)从第i层切片中开始，将当前层中所有连通区域Ωi，j按面积从小到大排序，放入未处理堆栈S；
[0014] (2.2)对于给定S，如果S为空，则结束，否则弹出S中最后一个连通区域Ωi，j；
[0015] (2.3)对于给定Ωi，j，检查与同层其它未处理连通子区域的干涉关系。如果不存在干涉，则将Ωi，j加入待处理连通子区域队列，，继续检查i+1层与Ωi，j最近的连通区域Ωi+1，j，重复执行步骤2.3，如存在干涉则返回；
[0016] (2.4)如果待处理连通子区域队列中没有新的连通区域被加入，且S为空，则将第i层中所有未处理连通区域全部按从大到小的顺序放入待处理连通子区域队列，使i＝i+1，转到步骤2.1。
[0017] 所述步骤(3)中，具体步骤包括：
[0018] (3.1)对于给定连通区域Ωi，j，采用等距偏置方式生成内部填充轮廓，并根据轮廓间的最小距离确立轮廓间的相邻关系，建立填充路径轮廓图；
[0019] (3.2)检测并去除每个填充路径轮廓图中的环路，将代表连通区域外轮廓的图节点作为根节点，合并各轮廓节点形成连续轮廓，并将填充路径轮廓图转换为的一个连通子区域填充顺序树；
[0020] (3.3)根据连通子区域填充顺序树，自底向上依次处理各个子节点，将每个子节点的等距填充路径转换为连续螺线，将得到的连续轮廓插入父节点的连续轮廓中，形成连续填充路径；
[0021] 所述步骤(3.1)中，具体步骤包括：
[0022] (3.1.1)采用等距偏置方式，从外轮廓开始生成内部填充轮廓，偏置距离为d,对每个轮廓进行等距采样；
[0023] (3.1.2)对连通区域内的n个轮廓，建立n×n维相邻关系矩阵M，如果两个轮廓间的最小距离小于阈值，则相应元素设为1，以此生成填充路径轮廓图。其中最小距离指两个轮廓间的最近距离，即所有轮廓1中任意顶点到轮廓2中任意顶点距离中的最小值，阈值设为1‑2倍的d；轮廓索引从1开始，第1个轮廓为外部轮廓。
[0024] (3.1.3)根据M生成有向图，称为填充路径轮廓图。
[0025] 所述步骤(3.2)中，具体步骤包括：
[0026] (3.2.1)采用Reverse‑delete算法删除环路，得包含所有轮廓节点，且权值最低的子图，同时合并只包含单向父子关系的节点；
[0027] (3.2.2)以包含外轮廓的节点为根节点，将填充路径轮廓图转换为连通子区域填充顺序树
[0028] 所述步骤(3.3)中，具体步骤包括：
[0029] (3.3.1)针对每个节点中合并的轮廓，所有轮廓内部顶点默认按照顺时针方向排序，然后将所有轮廓按照从外到内的索引顺序，按照奇偶索引分为两个轮廓集合；
[0030] (3.3.2)根据节点包含所有轮廓的顶点集合分布的特征，通过所有顶点协方差矩阵的第二大特征值所对应方向确定当前特征变化较小的区域，据此在外轮廓上定位一点作为起始点，向前搜索偏移为d的顶点，找到第一层轮廓的顶点作为入口，从此点向内，连接内部相邻轮廓，建立连续路径。以同样方法处理第二个轮廓集合，并将第一个连续路径的末尾连接第二个连续路径的末尾，形成入口和出口均位于外侧轮廓的连续路径；
[0031] (3.3.3)采用深度优先方式自底向上遍历连通子区域填充顺序树，将所有子节点中生成的连续路径插入父节点，在根节点最终生成当前连通区域的连续填充路径，并根据工艺采用的增强纤维材料特性选择平滑窗口参数，最终形成Ωi，j内连续的填充路径。
[0032] 所述步骤(4)中，对给定待处理连通子区域队列中的第i个连通子区域和第i+1个连通子区域，如后者使前者上层最近的连通区域，则新的连续轮廓入口点为上一层连续路径出口处坐标向上偏移，偏移量为层厚。否则连通区域间的路径连接方法为从结构最大包围盒外部规划连接路径，以便于后处理去除。
[0033] 本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：
[0034] (1)本发明方法适用于使用连续增强碳纤维材料、连续生物纤维材料和连续玻璃纤维材料的熔融沉积打印设备打印无复杂内嵌结构的模型，在保证最小化后处理工作量的基础上，实现层内和层间的连续3D路径填充规划，能够避免设计额外的前端纤维切断装置，降低成本，降低后处理的难度；
[0035] (2)本发明的方法同时也适用于通用的三轴和更高自由度的聚合物熔融沉积成形工艺，提供不间断的连续打印路径，节省打印时间，改善层内连接的力学性能。
