1.一种基于等值线的功能梯度材料3D打印路径规划方法,其特征在于,其包括以下步骤:步骤一、构建功能梯度材料零件三维几何模型,将模型所定义的几何空域V划分为多个子空间域Vm,且每个子空间域Vm的材料分布不同,然后对模型进行分层切片处理以获取各层切片轮廓数据;
步骤二、建立子空间域Vm中任意一点P(x,y,z)关于其中一种材料的分布函数f(x,y,z),并根据f(x,y,z)获取各材料在该子空间域Vm中的成分百分比变化公式;
步骤三、获取f(x,y,z)在点P(x,y,z)的梯度向量 其中,分别代表f(x,y,z)对x、y、z的偏导数,并将梯度向量 投影在层切平面上,得到梯度投影
步骤四、根据梯度投影 特性,将每层切片打印区域离散为一系列材料值相等的等值线路径,然后将等值线路径上各点坐标代入步骤二中的成分百分比公式获得其材料成分值。
2.根据权利要求1所述的一种基于等值线的功能梯度材料3D打印路径规划方法,其特征在于,步骤二中:对于子空间域Vm由A、B、C三种材料组成的模型,建立Vm中的任意一点P(x,y,z)关于材料A的分布函数:f(x,y,z):Vm→[s,t],然后根据各材料成分百分比之和为1的关系,获得A、B、C三种材料的成分百分比mA、mB、mC分别为:其中,s、t为函数f(x,y,z)在Vm内的最小值和最
大值,mAs、mAt为材料A在f(x,y,z)取得最小值、最大值处的成分百分比,H为常数,0≤H≤1,当H=0,子空间域Vm由两种材料构成。
3.根据权利要求1所述的一种基于等值线的功能梯度材料3D打印路径规划方法,其特征在于,所述步骤四中梯度投影包括零梯度投影、一维梯度投影和二维梯度投影。
4.根据权利要求3所述的一种基于等值线的功能梯度材料3D打印路径规划方法,其特征在于,当梯度投影为零梯度投影时,即 时,采用任意形式的扫描路径,包括平行线扫描路径或偏置扫描路径。
5.根据权利要求3所述的一种基于等值线的功能梯度材料3D打印路径规划方法,其特征在于,当梯度投影为一维梯度投影时,即 不同时为0,且满足 或k为常数时, r为常向量,采用与向量r垂直的平行线扫描路径以使每条路径线的材料值相同。
6.根据权利要求3所述的一种基于等值线的功能梯度材料3D打印路径规划方法,其特征在于,所述二维梯度投影包括等距梯度以及复杂梯度。
7.根据权利要求6所述的一种基于等值线的功能梯度材料3D打印路径规划方法,其特征在于,当二维梯度投影为等距梯度时,即当等值线上梯度投影的模 w为常数时,利用轮廓偏置算法从区域边界开始以Δd为间隔计算等值线扫描路径,然后将材料变化函数f(x,y,z)转化为距离di的函数f(di),其中di为第i条等值线路径到边界的距离,di=(i-1)*Δd,i=1,2,…,M,Δd为相邻路径间距,由打印线宽决定。
8.根据权利要求6所述的一种基于等值线的功能梯度材料3D打印路径规划方法,其特征在于,当二维梯度投影为复杂梯度时,利用等值线对打印区域进行划分,再在每个子区域内生成平行线扫描路径,其包括以下步骤:
1)将每层切片打印区域进行网格化离散,网格间距由打印线宽决定;
2)按照材料分辨率对材料值f(x,y,z)等间隔采样得到序列:c0,c1c2,...,cN,然后从区域边界开始,在离散网格上线性插值追踪获取等值线:L1,L2,...,LN,其中Li={x,y|f(x,y,zp)=ci},i=1,2,...,N,zp为当前切片z坐标;
3)利用等值线L1,L2,...,LN对切片轮廓区域进行连通区域划分,得到子区域S0,S1,S2,...,SN,然后在每个连通子区域Sj内,j=0,1,2,...,N,生成平行线扫描路径;
4)将每个子区域Sj内路径点的材料值f(Sj)设为相同,对于Sj内任意一占f(Sj)按照如下规则赋值:①若f(x0,y0,z0)<c1,则使f(Sj)=c0;②若ci≤f(x0,y0,z0)<ci+1,i=1,2,...,N-1,则使f(Sj)=ci,③若f(x0,y0,z0)≥cN,则使f(Sj)=cN。