陶瓷无模直写的3D打印方法及系统
技术领域
本申请涉及3D打印技术领域，特别是涉及陶瓷无模直写的3D打印方法及系统。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提到了与本申请相关的背景技术，并不必然构成现有技术。
陶瓷材料在化学工业、机械、电子、航空航天和生物医学工程等领域应用广泛，是现代高端技术发展和应用不可或缺的材料。陶瓷材料具有耐磨性高，机械强度大，热稳定性和化学稳定性好的特点。然而，陶瓷部件极高的硬度和脆性，使其加工极其困难，不仅切削刀具会遭受严重磨损，而且陶瓷零件在加工过程中还会产生裂纹等缺陷，进而导致难以获得良好的表面质量和尺寸精度。增材制造技术作为一种新的制造方式，具有个性化制造、快速响应的特点，可以满足陶瓷制品的个性化，复杂化，轻量化和精细化的生产需求。
尽管增材制造技术以及打印材料已经得到飞速发展，但用于陶瓷增材制造的建模工具仍处于开发阶段。对于没有3D建模专业知识或技能经验不足的用户，他们对易于使用的建模工具的需求很高，在完成陶瓷增材制造的几何建模后，还需要考虑陶瓷无模直写过程中的打印限制，如可打印性、免支撑等问题。
在实现本申请的过程中，发明人发现现有技术中存在以下技术问题：陶瓷无模直写成型有如下限制条件：陶瓷材料是连续挤出的，即打印路径是严格的单一连续路径，没有停止；模型是免支撑的，即无需外部支撑；在整个打印过程中，打印头与模型之间没有碰撞；层与层之间有足够的重叠。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本申请提供了陶瓷无模直写的3D打印方法及系统；
第一方面，本申请提供了陶瓷无模直写的3D打印方法；
陶瓷无模直写的3D打印方法，包括：
基于输入的第一轮廓曲线、第二轮廓曲线、轨迹曲线和设定中心点，生成初始扫掠曲面；
将初始扫掠曲面，映射到实际打印坐标系中，得到扫掠曲面模型；
对扫掠曲面模型，计算陶瓷无模直写往复式打印路径；
对扫掠曲面模型，计算陶瓷无模直写的陶瓷浆料的挤出量；
完成扫掠曲面模型陶瓷无模直写的3D打印。
第二方面，本申请提供了陶瓷无模直写的3D打印系统；
陶瓷无模直写的3D打印系统，包括：
生成模块，其被配置为：基于输入的第一轮廓曲线、第二轮廓曲线、轨迹曲线和设定中心点，生成初始扫掠曲面；
映射模块，其被配置为：将初始扫掠曲面，映射到实际打印坐标系中，得到扫掠曲面模型；
打印路径计算模块，其被配置为：对扫掠曲面模型，计算陶瓷无模直写往复式打印路径；
挤出量计算模块，其被配置为：对扫掠曲面模型，计算陶瓷无模直写的陶瓷浆料的挤出量；
打印模块，其被配置为：基于打印路径和陶瓷浆料的挤出量完成扫掠曲面模型陶瓷无模直写的3D打印。
第三方面，本申请还提供了一种电子设备，包括：一个或多个处理器、一个或多个存储器、以及一个或多个计算机程序；其中，处理器与存储器连接，上述一个或多个计算机程序被存储在存储器中，当电子设备运行时，该处理器执行该存储器存储的一个或多个计算机程序，以使电子设备执行上述第一方面所述的方法。
第四方面，本申请还提供了一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，完成第一方面所述的方法。
第五方面，本申请还提供了一种计算机程序(产品)，包括计算机程序，所述计算机程序当在一个或多个处理器上运行的时候用于实现前述第一方面任意一项的方法。
与现有技术相比，本申请的有益效果是：
1、提出了一种针对陶瓷无模直写的用户交互建模工具。通过引入用户交互的扫掠曲线建模方案，使用户只需输入两条轮廓曲线和一条轨迹曲线作为设计意图，即可生成一条连续的，免支撑的，无碰撞的无模直写成型路径。结果表明，本申请的建模工具拓展了陶瓷无模直写成型中打印模型的范围，并且打印过程可靠。
2、提出了一种自适应倾角的往复式路径生成方法，在建模工具中集成了打印过程干涉检测，并控制了打印路径中陶瓷浆料的挤出量，以保证打印路径的连续性，避免模型坍塌。
3、本申请利用扫掠曲线作为建模工具，在考虑打印约束的情况下连接了建模和打印过程，将用户的设计意图直接转换为陶瓷无模直写的打印文件。针对陶瓷无模直写在空程运动过程中由于材料惯性，陶瓷会从喷头溢出对已打印部分产生干涉，从而导致打印模型变形和打印失败的特点。
4、本申请设计了沿扫掠曲线的自适应之字形螺旋打印路径，以确保挤出机不间断地实现单条连续路径。同时，避免了挤出头与打印模型之间的碰撞和由于模型倾角过大导致的坍塌，最后通过实验验证了本申请方法的有效性。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1为第一个实施例的方法流程图；
图2(a)-图2(e)为第一个实施例的建模和打印原则示意图；
图3为第一个实施例的扫掠曲面控制的曲线示意图；
图4(a)为第一个实施例的轮廓线Cs示意图；
图4(b)为第一个实施例的轮廓线Ct示意图；
图4(c)为第一个实施例的轨迹线示意图；
图4(d)为第一个实施例的生成的扫掠模型示意图；
图5(a)-图5(c)为第一个实施例的轮廓线线性插值不同样式对比示意图；
图6为第一个实施例的调整插值曲线示意图；
图7(a)-图7(b)为第一个实施例的输入修正示意图；
图8(a)-图8(b)为第一个实施例的干涉碰撞示意图；
图9为第一个实施例的打印路径示意图；
图10为第一个实施例的打印路径生成算法示意图；
图11(a)-图11(b)为第一个实施例的自适应挤出量对比效果示意图；
图12为第一个实施例的自适应挤出原理示意图；
图13为第一个实施例的挤出量调整后的示意图。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例一
本实施例提供了陶瓷无模直写的3D打印方法；
陶瓷无模直写的3D打印方法，包括：
S101：基于输入的第一轮廓曲线、第二轮廓曲线、轨迹曲线和设定中心点，生成初始扫掠曲面；
S102：将初始扫掠曲面，映射到实际打印坐标系中，得到扫掠曲面模型；
S103：对扫掠曲面模型，计算陶瓷无模直写往复式打印路径；
S104：对扫掠曲面模型，计算陶瓷无模直写的陶瓷浆料的挤出量；
S105：完成扫掠曲面模型陶瓷无模直写的3D打印。
作为一个或多个实施例，所述S101步骤之前，还包括：
S100：获取输入的第一轮廓曲线、第二轮廓曲线、轨迹曲线和设定中心点。
示例性的，本申请方法方式采用扫掠建模，通过定义轮廓线和轨迹线的方式进行扫掠曲线建模，采用鼠标绘制点的方式录入模型曲线。
首先是用户交互建模，要求用户绘制两条轮廓曲线Cs，Ct和一条轨迹曲线ψ，其中心为o(如图2(a)-图2(e)所示)。
作为一个或多个实施例，所述S101中，基于输入的第一轮廓曲线、第二轮廓曲线、轨迹曲线和设定中心点，生成初始扫掠曲面；具体步骤包括：
基于第一轮廓曲线的采样点、第二轮廓曲线的采样点、轨迹曲线的采样点、中心点、和第一轮廓曲线与第二轮廓曲线之间的渐变轮廓曲线，生成初始扫掠曲面。
渐变轮廓曲线是沿着轨迹曲线在第一轮廓曲线和第二轮廓曲线之间作线性插值得到的位于中间位置的曲线。
本申请生成了由这些参数定义的扫掠曲面，并以此为基础得到了打印路径。
示例性的，用户绘制两个轮廓曲线Cs，Ct和一个轨迹曲线ψ，中心为o。然后，这四个参数确定扫掠面，如图3所示。
假定打印方向为Z轴，Cs和Ct在XOZ平面中定义，并且它们的起点Z轴值为0，轨迹ψ在XOY平面中定义。为了提供更大的设计自由度，还可以导入提前设计的，满足连续条件的曲线。
本申请提供了三个绘图界面，其中图4(a)和图4(b)为轮廓线绘制界面，图4(c)为轨迹线的绘制界面，在此处将像素在绘制界面中像素点的坐标系设为画布坐标系。通过采集图4(a)和图4(b)中的用户绘制曲线的像素值，分别得到Cs和Ct轮廓线，并按照像素的y值从小到大排序，最终得到由像素组成的轮廓线Cs和Ct。同时使用同样的方法采集图4(c)中的像素值，得到扫掠轨迹的路径，称之为轨迹线ψ，但在轨迹线中需要找到一个起点并对所有点进行排序，本申请设初始输入点为轨迹线的扫掠起始点，最终得到一条有顺序的和连续的有向路径。图4(d)为生成的扫掠模型示意图。
进一步地，所述基于第一轮廓曲线的采样点、第二轮廓曲线的采样点、轨迹曲线的采样点、中心点、和第一轮廓曲线与第二轮廓曲线之间的渐变轮廓曲线，生成初始扫掠曲面；具体步骤包括：
将第一轮廓曲线、第二轮廓曲线以及渐变轮廓曲线上的每个点作为一个打印层，根据点与点之间的一一对应关系，以zigzag方式逐层连接三种曲线上的点生成初始扫掠曲面。
作为一个或多个实施例，所述第一轮廓曲线的采样点、第二轮廓曲线的采样点、轨迹曲线的采样点，获取步骤包括：
对第一轮廓曲线、第二轮廓曲线和轨迹曲线进行重采样处理，得到第一轮廓曲线的采样点、第二轮廓曲线的采样点、轨迹曲线的采样点以及每条曲线的采样点在画布坐标系中的坐标。
应理解的，扫掠曲面模型生成方法是将曲线上的每一个采样点作为一层，通过直接连接曲线上的采样点生成曲面模型，但由于输入曲线上实际的像素点数过多且当前采集到的像素组成的曲线顺滑度低，而之后的重采样操作将进一步降低曲线顺滑度，所以首先使用算术平均滤波算法处理像素点使得曲线光顺化。
对于任意输入曲线，设该曲线上共有M个坐标为pi(xi,yi),i＝1,2,...,M的像素点，则滤波算法处理后的像素点坐标变更为：
其中，N取7算法平滑度较好，处理后像素点数量变为M-N。
光顺后的轮廓曲线依然存在同一曲线上的y值差不均匀的问题，所以需要对其光顺后的像素值进行重采样处理，为下一步路径生成做准备。
示例性的，对第一轮廓曲线和第二轮廓曲线进行重采样处理，得到第一轮廓曲线的采样点和第二轮廓曲线的采样点；具体步骤包括：
首先平移第一轮廓曲线Cs和第二轮廓曲线Ct，让第一轮廓曲线Cs和第二轮廓曲线Ct的最低点均位于画布坐标系的原点；
在第一轮廓曲线Cs和第二轮廓曲线Ct上，均选取符合打印层厚要求并且两个采样点的y值差小于设定阈值的点。
假设第一轮廓曲线Cs的最高点低于第二轮廓曲线Ct的最高点，以第一轮廓曲线Cs作为基准，yA_max表示Cs上y轴最大坐标值，yB_max表示Ct上y轴坐标最大值。
根据打印机器参数设置，设定期望的层厚T，即同一轮廓线上相邻两点的距离，那么共选取
通过上述筛选，实现了轮廓线上相邻两点的y值差小于设定阈值。
为了让第一轮廓曲线Cs和第二轮廓曲线Ct上采样点数量相同，为下一步轮廓线上采样点一一对应连接做准备，也设定第二轮廓曲线Ct上相邻两点的采样值，即打印层厚，将第二轮廓曲线Ct上的层厚设为
至此，通过上述对采样点的筛选计算，得到了生成实际打印路径中使用的像素点在绘图界面的坐标，即画布坐标系中的坐标，同时将两轮廓线Cs和Ct的最低点都设置为画布坐标系的原点。
进一步地，所述第一轮廓曲线与第二轮廓曲线之间的渐变轮廓曲线，获取步骤包括：
通过线性插值的方式，得到第一轮廓曲线与第二轮廓曲线之间的渐变轮廓曲线。
示例性的，通过线性插值的方式，得到第一轮廓曲线与第二轮廓曲线之间的渐变轮廓曲线；具体步骤包括：
设经过滤波处理后的轨迹线ψ一共有Nlocus个点，这也是第一轮廓曲线与第二轮廓曲线之间的渐变轮廓线的数量；
根据第一轮廓曲线与第二轮廓曲线之间的渐变轮廓线的数量，采用线性差值的方式，得到第一轮廓曲线与第二轮廓曲线之间的渐变轮廓曲线。
设轨迹线上的第i个点，它同时也是第i条轮廓线的最低点，对于该轮廓线上的任意一个点pj,其在画布坐标系上的坐标公式(2)为：
为使建造的扫掠模型更加多样化，增加建模的自由度，提供了轮廓线的线性插值和自然边界的三次样条插值的插值方式。
除此外，本申请还增加了轮廓线的顶点控制曲线调节方式，该顶点控制曲线与插值轮廓线顶点重合，通过对顶点控制曲线的调节，可以实现轮廓线的非线性插值，图5(a)-图5(c)从左到右采用了三种不同的插值方式，使建造的模型更加多样化。图6为顶点控制曲线调控界面。
作为一个或多个实施例，所述S102中，将初始扫掠曲面，映射到实际打印坐标系中，得到扫掠曲面模型；具体步骤包括：
将初始扫掠曲面中第一轮廓曲线、第二轮廓曲线以及渐变轮廓曲线上的点在画布坐标系中的坐标，映射为实际打印坐标系中的坐标；将所有点映射完成后，将实际打印坐标系中的相邻点进行连接，得到扫掠曲面模型。
作为一个或多个实施例，所述生成初始扫掠曲面步骤之后，所述将初始扫掠曲面，映射到实际打印坐标系中，得到扫掠曲面模型步骤之前，还包括：判断初始扫掠曲面是否存在自相交，并对存在自相交的初始扫掠曲面进行去除自相交处理。
进一步地，所述判断初始扫掠曲面是否存在自相交，并对存在自相交的初始扫掠曲面进行去除自相交处理，具体步骤包括：
首先，遍历轨迹线ψ上任意两个点，若这两点之间的连线逼近中心点o或者经过中心点o，则进一步检查这两点所在的中间轮廓曲线；
沿z轴从下到上遍历这两个中间轮廓曲线上具有一一对应关系的点对，若这两个点之间欧氏距离近似于0，表示该扫掠曲面存在自相交；
对于存在自相交的扫掠曲面，去除自相交的方式为沿着x轴迭代压缩Cs，Ct直到自相交的情况消失。
示例性的，即使Cs，Ct和ψ曲线之间没有相交，在扫掠过程中生成的曲面也可能发生自相交(图7(b))。因此，需要检测曲面的自相交情况。
作为一个或多个实施例，所述生成初始扫掠曲面步骤之后，所述将初始扫掠曲面，映射到实际打印坐标系中，得到扫掠曲面模型步骤之前，还包括：对初始扫掠曲面每个采样点的悬垂角度与设定阈值进行比较，对于大于阈值的悬垂角度进行校正，以保证初始扫掠曲面实现自支撑。
应理解的，如果某个点的倾斜角度大于阈值角度，则在打印过程中该点将在没有支撑结构的情况下坍塌。本申请将扫掠曲面视为轮廓曲线及其插值曲线的组合，从扫掠起点开始跟踪每条轮廓曲线，并在悬垂角度超过坍塌角度时局部倾斜控制多边形。对于轮廓曲线，将一个点的倾斜角设置为该点的切线与打印方向(Z轴)之间的角度，如果该角度超过阈值角度，则平移该点直到其倾斜角满足阈值，该点之后的点采取同样操作，以校正整条曲线。
示例性的，图7(a)为调整左边轮廓曲线直到其上所有点的倾斜角度满足阈值角度，调整后结果为右边轮廓曲线。
应理解的，所述S102中，将初始扫掠曲面，映射到实际打印坐标系中，得到扫掠曲面模型；具体步骤还包括：
通过上述操作，已经得到了组成Nlocus+2条轮廓线的像素点以及它们在各自的画布坐标系上的坐标。接下来将像素点在画布坐标系中的坐标映射为实际打印坐标系中的坐标。
首先，在画布坐标系中定义一个“中心点”C(xc,yc),并设画布的长度为L，考虑任意轮廓线上的任意一点p(x0,y0)，和代表该轮廓线的轨迹线上的点plocus(x1,y1,0),通过映射将得到p在实际打印坐标系中的坐标公式(4-7)：
将所有点映射完成后，把相邻点连接，即完成扫掠，得到了整个扫掠模型。
作为一个或多个实施例，所述S103中，对扫掠曲面模型，计算陶瓷无模直写往复式打印路径；具体步骤包括：
S1031：输入扫掠曲面模型的扫掠曲线和硬件参数，硬件参数包括打印机喷头长度，打印机可打印的最小层厚，打印机可打印的最小路径宽度和最大路径宽度；
S1032：计算第一轮廓曲线与第二轮廓曲线在实际打印坐标系下的的z轴值的差值，判断z轴值差值是否小于设定阈值，如果是，就生成往复式打印路径，结束；如果否，就进入S1033；
S1033：将第二轮廓曲线分成上部分和下部分，对于下部分生成第一打印路径，对于上部分则维持干涉距离，生成第二打印路径；
S1034：将第一打印路径和第二打印路径进行合并，得到最终的打印路径。
进一步地，所述S1031中，输入扫掠曲面模型的扫掠曲线；具体包括：第一轮廓曲线，第二轮廓曲线以及轨迹线；
进一步地，所述S1032中，生成往复式打印路径，具体步骤包括：
对第一轮廓曲线和第二轮廓曲线进行等距采样生成具有一一对应关系且数量相同的采样点集合，并沿着轨迹线基于插值生成中间渐变轮廓曲线，然后将具有一一对应关系的点以zigzag的方式进行连接从而生成往复式打印路径；
进一步地，所述S1033中，将第二轮廓曲线分成上部分和下部分，划分的原则是：假设第一轮廓曲线高度小于第二轮廓曲线且两条轮廓曲线的高度差大于打印机喷头长度阈值，划分时将第二轮廓曲线在z轴值为第一轮廓曲线高度值加上喷头长度处分割，得到上下两个部分；
进一步地，所述S1034中，对于下部分生成第一打印路径，具体步骤包括：对第一轮廓曲线和之前分割过的第二轮廓曲线下部分重新等距采样并生成相同数量的采样点，并沿着轨迹线基于插值重新生成渐变轮廓曲线，然后将具有一一对应关系的点以zigzag的方式进行连接生成第一打印路径；
进一步地，所述S1034中，对于上部分则维持干涉距离，生成第二打印路径，具体步骤包括：通过对第一轮廓曲线高度加上第二轮廓曲线的采样距离迭代生成回溯点的Z轴值，对于计算的每一个z轴值查找过渡轮廓曲线最高点中与之最接近的，该点就是计算出的回溯点，然后将所有回溯点和第二轮廓曲线上部分剩余点以zigzag方式进行连接从而生成第二打印路径；
进一步地，所述S1035中，将第一打印路径和第二打印路径进行合并，得到最终的打印路径，具体步骤包括：在生成第二打印路径时，将第一打印路径的终点作为其起点，然后将两阶段路径进行合并就是最终打印路径。
应理解的，本申请通过扫掠曲线生成的模型是非封闭的，采用常规的分层切片的方法将出现错误，且常规的按z轴分层打印模式将导致严重的“阶梯现象”，破坏原有形状，影响外观。因此在借鉴常规模型的分层切片流程基础上，提出了针对本申请模型的新型路径生成方法，打印过程中在沿着该路径打印时喷头始终挤出陶瓷浆料，直到抵达终点，为了可以满足不同高度轮廓线的形状，其打印层厚是在不断变换的。
本申请以轮廓线上的每一点作为一层，依照与其他轮廓线上的点的一一对应关系进行打印路径生成。根据轮廓线Cs、Ct之间的高度差将使用两种不同的打印路径方法。
由于陶瓷无模直写成型的特性致使需要为整个模型打印生成一条连续的打印路径，保证其中陶瓷材料的挤出是连续不断的，且不需要内部填充。利用陶瓷材料的优势，即单路径足够稳定，仅打印没有填充结构的扫掠表面。本申请设计了连续喷头路径，可以用于制造扫掠曲面，例如曲面造型的墙壁。利用陶瓷增材制造挤出量大的特点，使用单独一条打印轨迹来生成陶瓷制品。
示例性的，对于两条轮廓曲线Cs和Ct，首先根据曲线在Z轴上的长度进行等距采样，以分别得到具有相同点数的两个采样集Vs，Vt。Cs和Ct中较短的一个在Z轴上的采样距离为打印机可打印的最小层厚Δz0，而另一个很容易得出。假设在轨迹曲线ψ进行n个点采样。然后在Vs和Vt之间进行线性插值，生成由插值点表示的n-2条过渡曲线。Vs，Vt的点和过渡曲线的插值点在Z轴顺序中一一对应，同时将轮廓曲线和过渡曲线的画布坐标转换为以o为中心的世界坐标。
分别用Z(Cs)和Z(Ct)表示Cs和Ct的高度。如果Z轴上Cs和Ct的高度差小于H，可以简单地沿轨迹应用之字形喷头路径。挤出机通过同一层上的插值点保持从Vs(Vt)的点到Vt(Vs)的对应点的打印，然后从下一层Vt(Vs)的点返回到Vs(Vt)，重复在Z轴中从下到上进行此螺旋往复打印过程，直到完成模型。在直写成型过程中，随着两个相应采样点的高度变化，挤出机的高度位置在同一层中连续变化。
但是，如果Cs和Ct在Z轴上的高度差大于H，则上述之字形喷头路径将导致挤出机与打印的模型之间发生碰撞，请参见图8(a)和图8(b)。为避免这种干涉碰撞，本申请提出了一种新的打印路径计划方法，该方法将同一打印层中两个端点的高度差保持为低于H。
本申请采用的基本方法是将路径分为两部分，并生成之字形路径。为了便于计算说明，假设Cs短于Ct。本申请确定Z的最大值但却小于Vt中的Z(Cs)+H的点。该点将Ct分为上部和下部两部分。对于下部，两条轮廓曲线之间的高度差小于H，因此路径生成与上述相同。如图9所示，打印路径示意图。
对于上半部分，生成的路径遵循以下步骤：以Ct的采样距离对Z(Cs)的返回点的Z轴值进行采样。在过渡曲线上查找最高点，这些最高点的距离最近，并且Z轴值作为最终返回点。然后，从Cs的最高点开始，并以逐渐增加的层高进行打印，直到达到剩余的Ct采样点的最低采样点为止。然后，打印将从此点开始到最低的返回点，并逐渐增加层高，在返回点和Ct的其余采样点之间重复此往返过程，直到完成整个模型的打印路径生成。算法流程如图10所示。
作为一个或多个实施例，所述S104中，对扫掠曲面模型，计算陶瓷无模直写的陶瓷浆料的挤出量；具体步骤包括：
S1041：输入打印路径宽度最小值和打印路径宽度最大值；
S1042：计算相邻两层线宽质心距离；
S1043：判断相邻两层线宽质心距离与打印路径宽度最小值的比值是否小于设定阈值，如果是，就将打印路径宽度设定为打印路径宽度最小值，进入S1044；如果否就将打印路径宽度设定为相邻两层线宽质心距离的三倍值，进入S1044；
S1044：将打印路径宽度转换为对应层的陶瓷浆料的挤出量。
作为一个或多个实施例，所述S105中，完成扫掠曲面模型陶瓷无模直写的3D打印；具体步骤包括：
基于陶瓷无模直写往复式打印路径，和陶瓷无模直写的陶瓷浆料的挤出量，完成扫掠曲面模型陶瓷无模直写的3D打印。
在陶瓷增材制造过程中调整打印路径，避免在连续挤出的运动过程中发生碰撞。同时也需要对打印路径施加严格的制造约束，保证在整个打印过程中打印模型不会坍塌。本申请通过优化喷头路径和挤出量来适应打印模型，以确保可打印性并增强打印模型的稳定性。
应理解的，因为陶瓷无模直写的陶瓷浆料的挤出量通常大于其他增材制造方式，所以打印路径中每个移动步骤的挤出量计算也是一个关键问题。挤出量不足会导致相邻层的支撑较少，从而导致模型坍塌，如图11(a)和图11(b)所示。另一方面，过多的挤出量导致粗糙的表面质量和更多的打印制造时间，从而导致陶瓷制品的不确定性。因此，本申请提出了自适应挤出量的路径生成方法。
示例性的，如图12所示，两个相邻点的水平距离用s表示，两个相邻层的重叠宽度用Δa表示，w是直写线条宽度。θ是点的切线与打印方向之间的角度。
本申请的策略是确保当前图层或其重心位于相邻图层的线条宽度的一半以上。在这里，将比例阈值设置为2/3，打印路径的初始线条宽度为wmin。同时将当前层及其相邻的前一层的线条宽度保持相等，并同时进行调整，直到比例达到2/3。如果线条宽度小于wmin，则将其重置为wmin。通过本申请之前的无支撑校正后，线条宽度不大于wmax。遍历所有打印路径后，每层的重叠宽度大于其自身宽度的一半。在获得打印路径及打印线条宽度之后，即可确定打印过程中每个点的挤出量e。详细的算法在表格5-3中进行了描述，图13中显示了挤出量调整后的示例。
本申请自定义了陶瓷无模直写增材设备打印路径和挤出量，以打印制造出有效的模型，并且在打印过程中不会发生碰撞或模型塌陷。为了满足打印约束，本申请将陶瓷无模直写挤出头的打印路径和挤出量作为计算变量。为避免挤出机和打印模型之间发生碰撞，本申请确保Cs和Ct上两个对应点之间的高度差小于挤出机的高度。同时对于高度差大于挤出机高度的两条轮廓曲线，沿打印路径计算了自适应返回点，这样就可以生成自适应之字形往复式路径。同时将陶瓷无模直写的挤出量设置为最小值，然后根据各层之间的重叠程度优化挤出量，防止模型发生坍塌。并最终通过打印测试，效果良好。
实施例二
本实施例提供了陶瓷无模直写的3D打印系统；
陶瓷无模直写的3D打印系统，包括：
生成模块，其被配置为：基于输入的第一轮廓曲线、第二轮廓曲线、轨迹曲线和设定中心点，生成初始扫掠曲面；
映射模块，其被配置为：将初始扫掠曲面，映射到实际打印坐标系中，得到扫掠曲面模型；
打印路径计算模块，其被配置为：对扫掠曲面模型，计算陶瓷无模直写往复式打印路径；
挤出量计算模块，其被配置为：对扫掠曲面模型，计算陶瓷无模直写的陶瓷浆料的挤出量；
打印模块，其被配置为：基于打印路径和陶瓷浆料的挤出量完成扫掠曲面模型陶瓷无模直写的3D打印。
此处需要说明的是，上述生成模块、映射模块、打印路径计算模块、挤出量计算模块和打印模块模块对应于实施例一中的步骤S101至S105，上述模块与对应的步骤所实现的示例和应用场景相同，但不限于上述实施例一所公开的内容。需要说明的是，上述模块作为系统的一部分可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行。
上述实施例中对各个实施例的描述各有侧重，某个实施例中没有详述的部分可以参见其他实施例的相关描述。
所提出的系统，可以通过其他的方式实现。例如，以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，例如上述模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时，可以有另外的划分方式，例如多个模块可以结合或者可以集成到另外一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。
实施例三
本实施例还提供了一种电子设备，包括：一个或多个处理器、一个或多个存储器、以及一个或多个计算机程序；其中，处理器与存储器连接，上述一个或多个计算机程序被存储在存储器中，当电子设备运行时，该处理器执行该存储器存储的一个或多个计算机程序，以使电子设备执行上述实施例一所述的方法。
应理解，本实施例中，处理器可以是中央处理单元CPU，处理器还可以是其他通用处理器、数字信号处理器DSP、专用集成电路ASIC，现成可编程门阵列FPGA或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
存储器可以包括只读存储器和随机存取存储器，并向处理器提供指令和数据、存储器的一部分还可以包括非易失性随机存储器。例如，存储器还可以存储设备类型的信息。
在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。
实施例一中的方法可以直接体现为硬件处理器执行完成，或者用处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器、闪存、只读存储器、可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器，处理器读取存储器中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。为避免重复，这里不再详细描述。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本实施例描述的各示例的单元即算法步骤，能够以电子硬件或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。
实施例四
本实施例还提供了一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，完成实施例一所述的方法。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
