一种基于切片数据的增材制造选区吸粉控制方法及系统

本发明涉及增材制造，尤其涉及一种基于切片数据的增材制造选区吸粉控制方法及系统。

背景技术：

1、在多材料粉末床增材制造中，每层打印后需清除残留粉末，以便铺放异种材料。现有清粉技术主要分三类。

2、第一类为全幅联动吸粉系统。其吸嘴随横移轴或铺粉机构运动，结构成熟、节拍稳定，易于与现有装备集成。但该类系统在横移过程中持续开启负压，无法区分目标区域与间隔区，当待清除区域仅占幅面小部分时，会将大量非目标粉末吸入后端，造成粉末浪费和分离系统过载。同时，离散目标区域之间的间隔段无法关闭负压，间隔区粉末易被无效抽吸或扰动。

3、第二类为局部选择性吸粉或同轴吸粉方案。其采用小口径吸头或机械臂，能在局部实现较精细清粉。但处理路径长、避障与同步控制复杂，难以满足层间清粉的工业节拍要求。

4、第三类为构建后粉末清除回收装置。该类方案仅关注打印完成后的粉末处理，不涉及每层材料切换时的空间选择性吸粉控制。

5、此外，现有方案普遍缺乏对激活边界的精细控制，阀门响应延迟未经补偿，易出现边界外误吸或边缘漏吸。

技术实现思路

1、本发明提出了一种基于切片数据的增材制造选区吸粉控制方法及系统，旨在解决现有技术中存在的现有全幅吸粉方式无法根据每层待清除材料的实际空间分布进行选区负压控制，导致非目标粉末被大量无效抽吸的技术问题。

2、第一方面，本发明提供了一种基于切片数据的增材制造选区吸粉控制方法，包括：

3、获取目标吸粉层的切片数据，从所述切片数据中提取待清除材料区域，生成用于表征待清除材料区域空间分布的二值矩阵的原始分布掩码；

4、对所述原始分布掩码进行边界膨胀处理，生成吸粉激活掩码；

5、沿吸嘴横移方向对所述吸粉激活掩码进行投影，得到一维激活状态序列，基于所述一维激活状态序列生成激活区间，所述激活区间包含起始坐标和终止坐标；

6、获取吸嘴的实时位置坐标；

7、将所述实时位置坐标与所述激活区间比较，根据比较结果控制负压调节执行部件，在所述实时位置坐标处于所述激活区间内时开启负压，在所述实时位置坐标处于所述激活区间外时关闭负压。

8、进一步地，对所述原始分布掩码进行边界膨胀处理，生成吸粉激活掩码，包括：

9、边界膨胀的膨胀半径通过标定实验确定，具体为：在粉末床上铺设待清除材料，对多个预设几何形状的目标区域进行试吸实验，将能够完整清除目标区域边缘粉末的最小半径作为基准值，在所述基准值的基础上增加百分之十至百分之二十的安全余量，得到实际边界覆盖半径。

10、进一步地，沿吸嘴横移方向对所述吸粉激活掩码进行投影，得到一维激活状态序列，基于所述一维激活状态序列生成激活区间，包括：

11、对于栅格切片数据，沿吸嘴横移方向逐列统计所述吸粉激活掩码，将存在激活像素的坐标列标记为激活状态，将不存在激活像素的坐标列标记为关闭状态；

12、对连续标记为激活状态的坐标段进行游程编码，得到所述激活区间的起始坐标和终止坐标。

13、进一步地，生成所述激活区间之后，还包括区间过滤步骤：

14、获取相邻激活区间之间的关闭间隔宽度；

15、根据吸嘴横移速度计算所述关闭间隔宽度对应的通过时间；

16、当所述通过时间小于所述负压调节执行部件的最小稳定通断时间时，将相邻的两个所述激活区间合并为一个激活区间。

17、进一步地，将所述实时位置坐标与所述激活区间比较之前，还包括响应延迟补偿步骤：

18、获取所述负压调节执行部件的响应时间和吸嘴的当前横移速度；

19、根据所述响应时间和所述当前横移速度计算提前触发距离，所述提前触发距离等于所述响应时间与所述当前横移速度的乘积；

20、在吸嘴实时位置达到所述起始坐标减去所述提前触发距离时发出开启指令；

21、在吸嘴实时位置达到所述终止坐标减去所述提前触发距离时发出关闭指令。

22、进一步地，根据比较结果控制负压调节执行部件的步骤，还包括：

23、在所述激活区间的起始边界之前的第一过渡段内，控制所述负压调节执行部件的开度从零逐渐增加至目标开度；

24、在所述激活区间内部，控制所述负压调节执行部件维持所述目标开度；

25、在所述激活区间的终止边界之后的第二过渡段内，控制所述负压调节执行部件的开度从所述目标开度逐渐减小至零；

26、所述第一过渡段和所述第二过渡段的长度取值范围为3毫米至8毫米。

27、进一步地，控制所述负压调节执行部件的开度从零逐渐增加至目标开度以及从目标开度逐渐减小至零，具体为：按照线性曲线、s形曲线或按粉末起动阈值标定的非线性曲线控制开度变化。

28、进一步地，还包括间隔区保护步骤：

29、获取相邻激活区间之间的关闭间隔宽度；

30、当所述关闭间隔宽度超过预设阈值时，在吸嘴经过所述关闭间隔期间，控制所述吸嘴相对粉末床表面抬升预定高度，和/或控制所述吸嘴的横移速度降低至标准速度的百分之五十至百分之八十。

31、进一步地，所述切片数据为二值位图、多材料标注矩阵或矢量轮廓数据；所述负压调节执行部件为伺服比例电磁阀、气动比例阀、高速开关阀组、旁通阀、旋转阀或真空发生器转速调节单元。

32、第二方面，本发明提供了一种基于切片数据的增材制造选区吸粉控制系统，所述系统用于执行所述方法，包括：

33、切片数据处理模块，用于获取目标吸粉层的切片数据，从所述切片数据中提取待清除材料区域，生成用于表征待清除材料区域空间分布的二值矩阵的原始分布掩码；

34、掩码边界覆盖模块，用于对所述原始分布掩码进行边界膨胀处理，生成吸粉激活掩码；

35、激活区间生成模块，用于沿吸嘴横移方向对所述吸粉激活掩码进行投影，得到一维激活状态序列，基于所述一维激活状态序列生成激活区间，所述激活区间包含起始坐标和终止坐标；

36、实时位置反馈模块，用于获取吸嘴的实时位置坐标；

37、负压调节控制模块，用于将所述实时位置坐标与所述激活区间比较，根据比较结果控制负压调节执行部件，在所述实时位置坐标处于所述激活区间内时开启负压，在所述实时位置坐标处于所述激活区间外时关闭负压。

38、本发明的技术效果是：

39、1.显著减少非目标粉末搬运量，典型工况下废粉搬运量预计降低百分之五十至百分之八十五。

40、2.降低后端粉末分离系统的负荷，延长设备维护周期并提升高价值粉末回收质量。

41、3.兼容现有全幅横移机构，仅通过软件和控制逻辑改造即可实现，工程改造成本低。

42、4.通过边界覆盖与位置触发机制，实现精准的边界控制，避免边缘漏吸与误吸。

43、5.在离散目标区域之间的间隔区采取保护措施，有效维持粉层稳定性。

1.一种基于切片数据的增材制造选区吸粉控制方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述原始分布掩码进行边界膨胀处理，生成吸粉激活掩码，包括：

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，沿吸嘴横移方向对所述吸粉激活掩码进行投影，得到一维激活状态序列，基于所述一维激活状态序列生成激活区间，包括：

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，生成所述激活区间之后，还包括区间过滤步骤：

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述实时位置坐标与所述激活区间比较之前，还包括响应延迟补偿步骤：

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据比较结果控制负压调节执行部件的步骤，还包括：

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，控制所述负压调节执行部件的开度从零逐渐增加至目标开度以及从目标开度逐渐减小至零，具体为：按照线性曲线、s形曲线或按粉末起动阈值标定的非线性曲线控制开度变化。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括间隔区保护步骤：

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述切片数据为二值位图、多材料标注矩阵或矢量轮廓数据；所述负压调节执行部件为伺服比例电磁阀、气动比例阀、高速开关阀组、旁通阀、旋转阀或真空发生器转速调节单元。

10.一种基于切片数据的增材制造选区吸粉控制系统，其特征在于，所述系统用于执行权利要求1-9任一项所述方法，包括：