We propose a novel computational framework for optimizing the toolpath continuity in fabricating surface models on an extrusion-based 3D printer. Toolpath continuity has been a critical issue for extrusion-based fabrications that affects both quality and efficiency. Transfer moves cause non-smoothor bumpy surfaces and get worse for materials with large inertia like clay. For surface models, the effects of continuity are even more severe, in terms of surface quality and model stability. In this paper, we introduce an original criterion "one-path-patch" (OPP), for representing a shell surface patch that can be traversed in one path considering fabrication constraints. We study the properties of an OPP and the merging operations for OPPs, and propose a bottom-up OPP merging procedure for decomposing the given shell surface into a minimal number of OPPs and generating the "as-continuous-as-possible" (ACAP) toolpath. Furthermore, we customize the path planning algorithm with a curved layer printing scheme, which reduces the staircase defect and improves the toolpath continuity via possibly connecting multiple segments. We evaluate the ACAP algorithm for both ceramic and thermoplastic materials, and results demonstrate that it improves the fabrication of surface models in both surface quality and efficiency.


翻译:我们提出一个新的计算框架,以优化以3D为主的3D冲压打印机构建表面模型时的工具主体连续性。工具主体连续性一直是影响质量和效率的基于外压的制造的关键问题。转移移动导致非表面的颠覆表面,使具有大量惰性的材料(如粘土)更加糟糕。对于表面模型来说,连续性的影响在表面质量和模型稳定性方面甚至更为严重。在本文件中,我们引入了一种原始标准“单路路卡”(OPP),用于代表一个罐壳表面补丁,在考虑制造限制的一条道路上可以穿行。我们研究了OPP的特性和OPP的合并操作,并提出了将给定的外壳表面分解成最小数量的OPP的自下而起的OPP合并程序,并产生了“可连续的”工具性。此外,我们将路径规划算法与一个曲线层打印方案(OPP)相适应,以降低天体缺陷,并通过可能连接多个部分来改进工具主体的连续性。我们评估了将罐体表面和表面的造价结果。

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