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切片軟件Cura及CuraEngine原理分析4-路徑生成 

2017-03-17 18:17
步驟四:路徑生成

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       地圈好了,就該在里面種菜了。這一步路徑生成就要開始規(guī)劃噴頭在不同的組件中怎么運動。路徑按大類來分,有輪廓和填充兩種。
       輪廓很簡單,沿著2D圖形的邊線走一圈即可。前一步所生成的外墻、內墻都屬于輪廓,可以直接把它們的圖形以設置里的線寬轉換為輪廓路徑。


       填充稍微要復雜一些,2D圖形指定的只是填充的邊界,而生成的路徑則是在邊界的范圍內的條紋或網(wǎng)格結構,就像窗簾或者漁網(wǎng),如左圖。這兩種就最基本的結構,當然也許你還可以想出其它花式的填充,比如蜂窩狀或者S型,這些在新的Cura或者別的什么切片軟件里可能會實現(xiàn),但我打印下來還是這兩種基本結構更讓人放心。CuraEngine在專家設置里可以對填充類型進行選擇,里面除了條紋和網(wǎng)格外還有一個自動選項,默認就是自動。自動模式會根據(jù)當前的填充率進行切換,當填充率小于20%就用條紋填充,否則使用網(wǎng)格填充。因為網(wǎng)格結構雖然更為合理,但它有一個問題,就是交點的地方會打兩次。填充率越高,交點越密,對打印質量的影響會越大。我們知道,表面就是100%的填充,如果表面用網(wǎng)格打,不但無法打密實,表面還會坑坑洼洼,所以100%填充只能用條紋打,這就是CuraEngine推薦自動模式的原因。


       至于填充率,就反映在線與線的間距上。100%填充率間距為0;0%填充率間距無限大,一根線條也不會有。
       每個組件獨立的路徑生成好了,還要確定打印的先后順序。順序先好了可以少走彎路,打印速度和質量都會有提升。路徑的順序以先近后遠為基本原則:每打印完一條路徑,當前位置是上一條路徑的終點;在當前層里剩下還沒打印的路徑中挑選一條起點離當前位置最近的一條路徑開打。路徑的起點可以是路徑中的任意一個點,程序會自行判斷。而路徑的終點有兩種可能:對于直線,圖形只有兩個點,終點就是除起點之外的那個點;對于輪廓,終點就是起點,因為輪廓是一個封閉圖形,從它的起點開始沿任意方向走一圈,最后還會回到起點。CuraEngine對路徑選擇做了一個估值,除了考慮到先近后遠外,還順便參考了下一個點相對于當前點的方向,它的物理意義就是減少噴頭轉彎。賽車在直道上開得一定比彎道快,不是么。


       路徑的順序也確定了,還有一個問題需要考慮:如果前后兩條路徑首尾相連,那直接走就是了,但大多數(shù)情況并非如此,前一條路徑的終點往往和后一條路徑起點之間有一段距離。這時候去往下一點的路上要小心了,肯定不能繼續(xù)擠出材料,否則輕則拉絲,重則模型面目全非。這段路噴頭就需要空走,即噴頭只移動,不吐絲,那只要把擠出機停下來不轉就行了嗎?也不行,因為前面分析過,擠出機的速度要傳導到噴嘴,有一個延遲,不是你說停它就立即停下來的。這是FDM打印的通病,解決辦法就是回抽。所謂回抽,就是在空走之前先讓擠出機高速反轉一段材料,這樣就可以瞬間把加熱腔里的材料抽光,再移動過去,中間就不會擠出材料,到了下一個點,在打印之前,先把剛才抽回去的絲再按一樣的長度放回來,繼續(xù)打印?;爻榭梢院芎玫亟鉀Q空走拉絲的問題,但是它很慢,以抽一次0.5秒來算的話,如果打印一個表面,0.4線寬,10厘米的距離至少回抽25下,10幾秒鐘的時間一層,幾百上千層打下來,光回抽所用的時間就是幾個小時,是可忍孰不可忍!
      
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       CuraEngine給我們提供了解決方案就是Comb,也就是繞路。我們先來看,是不是所有的回抽都是必需的呢?不回抽會拉絲是肯定的,但如果需要空走的路徑本來就要打印的,那拉絲又有何妨。按這個思路,就可以給每個組件設定一個邊界,只要路徑的起點和終點都在這個邊界之內的,空走都不回抽。這樣可以解決80%的問題,但如果是左圖這樣的情況就行不通。
       紅色是起點,綠色是終點,直接走過去會走出邊界的范圍。這時我們就要繞一點路,走一條曲線到達我們的目的地。這就是Comb所做的事情,在Cura專家設置里面可以對Comb進行設置,選擇開啟、關閉還有表面不Comb。Comb可以大幅節(jié)省打印時間,但是同一個地方打印多次對模型質量還是會有細微的影響,個中利弊,交給用戶自己判斷。
       Comb的調整是個細致活,Pango花了相當多的時間來微調Comb功能以求達到更好的效果,過程繁瑣,不再贅述。
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