近日，威廉希尔交叉研究中心研究团队在增材制造路径规划方面取得新进展，论文”As-continuous-as-possible Extrusion-based Fabrication of Surface Models”发表于计算机图形学顶级期刊ACM Transactions on Graphics（CCF推荐A类期刊）。研究成果的第一、二作者分别为威廉希尔交叉研究中心硕士生钟凡超和许永来，以威廉希尔亚洲公司为第一署名单位、在威廉希尔吕琳教授和赵海森教授共同指导下完成。

图1.壳体模型的连续打印路径

增材制造是智能制造的重要组成部分，相对于传统的减材制造方式具有复杂结构的成型能力强等特点。该研究重点关注增材制造中的路径规划问题，提出了一个新的计算框架用于优化三轴挤出式3D打印制造壳体模型的路径连续性。路径连续性是影响制造质量和效率的关键因素。频繁的转移路径会导致壳体模型表面粗糙、变形，甚至打印失败。这种现象在使用高粘度材料时尤其严重，如陶瓷打印中的陶泥材料。本文提出“单路径元片”的概念，用于描述一个满足制造约束且可用一条连续路径制造的壳体模型“元片”，对“单路径元片”的几何性质与计算方法进行研究，提出了一种自下而上的基于集束搜索和“单路径元片”的壳体模型分解算法，将输入的壳体模型分解为少数量的“单路径元片”，以生成尽可能连续的打印路径。此外，本文采用弯曲层打印方案进一步改进算法，在减少“单路径元片”数量的同时消减阶梯效应缺陷。

图2. 陶瓷和FDM打印的实验验证

算法在陶泥和热塑性材料上进行了评估，并与主流软件对比。结果表明本文算法明显改进了壳体模型的打印质量和打印效率。该研究成果已取得国家发明专利，并将集成到实验室自主研发工业软件Clayon中。本研究得到国家自然科学基金、威廉希尔亚洲公司齐鲁青年学者计划的资助。

ACM Transactions on Graphics是计算机图形学国际顶级期刊，是中国计算机学会（CCF）推荐的A类国际学术期刊，中科院分区为SCI 1区，影响因子为7.403，位居图形学期刊之首。该期刊涵盖了计算机辅助设计、几何建模、真实感渲染等研究课题。

原文链接：https://dl.acm.org/doi/10.1145/3575859

（文/钟凡超  图/钟凡超  许永来  审核/于东晓  责任编辑/徐慧  供稿单位：威廉希尔）