近日，金沙集团3354cm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、二作者分别为我校金沙集团3354cm交叉研究中心硕士生钟凡超和许永来，以金沙集团3354cm为第一署名单位、在金沙集团3354cm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、金沙集团3354cm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：金沙集团3354cm）