非标准结构构件混凝土模板3D打印路径的规划方法及设备

摘要

本发明提供一种非标准结构构件混凝土模板3D打印路径的规划方法及设备，该方法包括：导入待打印构件的二维模型，获取二维模型的轮廓；其中，待打印构件为非标准结构的构件，且二维模型的轮廓至少包括4个顶点；基于二维模型的轮廓，确定轮廓的4个分区点，且4个分区点将轮廓分为4条边界曲线；基于二维模型的预设z形模板路径、4条边界曲线的预设超限映射函数、以及4条边界曲线，确定待打印构件的底板的单层打印路径；基于二维模型的轮廓，确定待打印构件的侧壁的单层打印路径；基于底板的单层打印路径以及侧壁的单层打印路径，确定待打印构件的打印路径。本发明提供的方法可以保证混凝土3D打印路径连续，减少路径跳转。

权利要求

1.一种非标准结构构件混凝土模板3D打印路径的规划方法，其特征在于，包括：导入待打印构件的二维模型，获取所述二维模型的轮廓；其中，所述待打印构件为非标准结构的构件，且所述二维模型的轮廓至少包括4个顶点；

基于所述二维模型的轮廓，确定所述轮廓的4个分区点，且所述4个分区点将所述轮廓分为4条边界曲线；

基于所述二维模型的预设z形模板路径、所述4条边界曲线的预设超限映射函数、以及所述4条边界曲线，确定所述待打印构件的底板的单层打印路径；具体包括基于每条边界曲线上的每个点与每条边界曲线的关系，确定每条边界曲线上的每个点与每条边界曲线的映射关系；基于所述二维模型的预设z形模板路径、所述4条边界曲线的预设超限映射函数、以及每条边界曲线上的每个点与每条边界曲线的映射关系，确定所述待打印构件的底板的单层打印路径；

基于所述二维模型的轮廓，确定所述待打印构件的侧壁的单层打印路径；

基于所述底板的单层打印路径以及所述侧壁的单层打印路径，确定所述待打印构件的打印路径；

其中，所述基于每条边界曲线上的每个点与每条边界曲线的关系，确定每条边界曲线上的每个点与每条边界曲线的映射关系，包括：对每条边界曲线上的目标节点与该条边界曲线的预设起点形成的线段的长度进行归一化处理，得到每条边界曲线上的所述目标节点与该条边界曲线的预设起点形成的线段的相对长度；其中，所述目标节点为每条边界曲线上的任意一点；基于每条边界曲线上的所述目标节点与该条边界曲线的预设起点形成的线段的相对长度，确定每条边界曲线上的目标节点与每条边界曲线的映射关系；

所述预设z形模板路径为构建在单位正方形内的任意一条z形曲线TP，TP=[TP1,TP2,TP3,…,TPn]，TPi=[ζi，ηi]，TPi为TP上的第i个点；

所述预设超限映射函数为P（u，v）：

其中，L1(u)、L2(u)、L3(v)和L4(v)分别为4条边界曲线上的点，i为正整数，0≤u≤1，0≤v≤1。

2.如权利要求1所述的规划方法，其特征在于，所述每条边界曲线上的任意一点与该条边界曲线的预设起点形成的线段的相对长度为γi，Lm(γi)为每条边界曲线上的目标节点与每条边界曲线的映射关系，

m m m m m

Lm(γi)= pi =[xi , yi ]，pi 为每条边界曲线的预设起点pi 为每条边界曲线上的任意一点，m=1,2,3,4，i = 1, 2, 3… n，j=2, 3… n，n为每条边界曲线上的节点个数。

3.如权利要求1所述的规划方法，其特征在于，所述基于所述二维模型的预设z形模板路径、所述4条边界曲线的预设超限映射函数、以及所述4条边界曲线，确定所述待打印构件的底板的单层打印路径，包括：将所述预设z形模板路径上的所有点，以及每条边界曲线上的每个点与每条边界曲线的映射关系代入到所述预设超限映射函数中，得到所述待打印构件的底板的单层打印路径。

4.如权利要求1所述的规划方法，其特征在于，所述基于所述二维模型的轮廓，确定所述轮廓的4个分区点，且所述4个分区点将所述轮廓分为4条边界曲线，包括：将所述二维模型的轮廓向内偏置预设距离，得到所述二维模型的基线；

在所述基线上任意选取4个顶点，作为所述二维模型的4个分区点，所述4个分区点将所述基线分为4条边界曲线。

5.如权利要求1所述的规划方法，其特征在于，所述规划方法还包括：

基于所述待打印构件的打印路径，确定任一路径上的任一节点的挤料宽度；

基于所述挤料宽度、挤料速率以及打印层厚，确定打印速度；

基于所述打印速度和所述待打印构件的打印路径，生成所述待打印构件的指令文件；

其中，所述打印速度f为：

其中，Q为挤料速率，w为挤料宽度，t为打印层厚。

6.一种非标准结构构件混凝土模板3D打印路径的规划装置，其特征在于，包括：获取轮廓模块，用于导入待打印构件的二维模型，获取所述二维模型的轮廓；其中，所述待打印构件为非标准结构的构件，且所述二维模型的轮廓至少包括4个顶点；

确定边界曲线模块，用于基于所述二维模型的轮廓，确定所述轮廓的4个分区点，且所述4个分区点将所述轮廓分为4条边界曲线；

确定底板路径模块，用于基于所述二维模型的预设z形模板路径、所述4条边界曲线的预设超限映射函数、以及所述4条边界曲线，确定所述待打印构件的底板的单层打印路径；

具体用于基于每条边界曲线上的每个点与每条边界曲线的关系，确定每条边界曲线上的每个点与每条边界曲线的映射关系；基于所述二维模型的预设z形模板路径、所述4条边界曲线的预设超限映射函数、以及每条边界曲线上的每个点与每条边界曲线的映射关系，确定所述待打印构件的底板的单层打印路径；

确定侧壁路径模块，用于基于所述二维模型的轮廓，确定所述待打印构件的侧壁的单层打印路径；

确定打印路径模块，用于基于所述底板的单层打印路径以及所述侧壁的单层打印路径，确定所述待打印构件的打印路径；

其中，确定底板路径模块，还用于对每条边界曲线上的目标节点与该条边界曲线的预设起点形成的线段的长度进行归一化处理，得到每条边界曲线上的所述目标节点与该条边界曲线的预设起点形成的线段的相对长度；其中，所述目标节点为每条边界曲线上的任意一点；基于每条边界曲线上的所述目标节点与该条边界曲线的预设起点形成的线段的相对长度，确定每条边界曲线上的目标节点与每条边界曲线的映射关系；

所述预设z形模板路径为构建在单位正方形内的任意一条z形曲线TP，TP=[TP1,TP2,TP3,…,TPn]，TPi=[ζi，ηi]，TPi为TP上的第i个点；

所述预设超限映射函数为P（u，v）：

其中，L1(u)、L2(u)、L3(v)和L4(v)分别为4条边界曲线上的点，i为正整数，0≤u≤1，0≤v≤1。

7.一种电子设备，其特征在于，包括存储器和处理器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器用于调用并运行所述存储器中存储的计算机程序，执行如权利要求1至5任一项所述非标准结构构件混凝土模板3D打印路径的规划方法。

8.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至5任一项所述非标准结构构件混凝土模板3D打印路径的规划方法的步骤。

说明书

非标准结构构件混凝土模板3D打印路径的规划方法及设备

技术领域

[0001] 本发明涉及混凝土3D打印技术领域，尤其涉及一种非标准结构构件混凝土模板3D打印路径的规划方法及设备。

背景技术

[0002] 混凝土3D打印是一种新型的土木工程智能建造技术，该技术通过混凝土3D打印机带动喷嘴逐层挤出混凝土材料，堆积成型混凝土构件。其凭借着打印过程中无需无模板、自动化、材料节省、施工快速快、设计自由度高等优势，已被业界广泛关注并使用，代表了建筑业自动化发展的趋势。

[0003] 混凝土3D打印利用软件建模的数据即可完成相关建造，可以在短时间内完全大量复杂结构的建造，大大减少相关构件的建造时间。除此以外，混凝土3D打印技术，可以将待打印的模型一体化建造，省去非必要构件的建造过程。

[0004] 然而，目前现有的混凝土3D打印路径规划方法无法满足非标准结构的构件的混凝土3D打印的需求，容易出现打印缺陷。

发明内容

[0005] 本发明实施例提供了一种非标准结构构件混凝土模板3D打印路径的规划方法及设备，以解决目前无法满足非标准结构的构件的混凝土3D打印需求的问题。

[0006] 第一方面，本发明实施例提供了一种非标准结构构件混凝土模板3D打印路径的规划方法，包括：

[0007] 导入待打印构件的二维模型，获取二维模型的轮廓；其中，待打印构件为非标准结构的构件，且二维模型的轮廓至少包括4个顶点；

[0008] 基于二维模型的轮廓，确定轮廓的4个分区点，且4个分区点将轮廓分为4条边界曲线；

[0009] 基于二维模型的预设z形模板路径、4条边界曲线的预设超限映射函数、以及4条边界曲线，确定待打印构件的底板的单层打印路径；

[0010] 基于二维模型的轮廓，确定待打印构件的侧壁的单层打印路径；

[0011] 基于底板的单层打印路径以及侧壁的单层打印路径，确定待打印构件的打印路径。

[0012] 在一种可能的实现方式中，基于二维模型的预设z形模板路径、4条边界曲线的预设超限映射函数、以及4条边界曲线，确定待打印构件的底板的单层打印路径，包括：

[0013] 基于每条边界曲线上的每个点与每条边界曲线的关系，确定每条边界曲线上的每个点与每条边界曲线的映射关系；

[0014] 基于二维模型的预设z形模板路径、4条边界曲线的预设超限映射函数、以及每条边界曲线上的每个点与每条边界曲线的映射关系，确定待打印构件的底板的单层打印路径。

[0015] 在一种可能的实现方式中，基于每条边界曲线上的每个点与每条边界曲线的关系，确定每条边界曲线上的每个点与每条边界曲线的映射关系，包括：

[0016] 对每条边界曲线上的目标节点与该条边界曲线的预设起点形成的线段的长度进行归一化处理，得到每条边界曲线上的目标节点与该条边界曲线的预设起点形成的线段的相对长度；其中，目标节点为每条边界曲线上的任意一点；

[0017] 基于每条边界曲线上的目标节点与该条边界曲线的预设起点形成的线段的相对长度，确定每条边界曲线上的目标节点与每条边界曲线的映射关系；

[0018] 其中,

[0019] Lm(γi)为每条边界曲线上的目标节点与每条边界曲线的映射关系，

[0020] Lm(γi)= pim=[xim,yim]，pim为每条边界曲线的预设起点，pim为每条边界曲线上的任意一点，γi为每条边界曲线上的任意一点与该条边界曲线的预设起点形成的线段的相对长度，m=1,2,3,4，i = 1, 2, 3… n，j=2, 3… n，n为每条边界曲线上的节点个数。

[0021] 在一种可能的实现方式中，基于二维模型的预设z形模板路径、4条边界曲线的预设超限映射函数、以及4条边界曲线，确定待打印构件的底板的单层打印路径，包括：

[0022] 将预设z形模板路径上的所有点，以及每条边界曲线上的每个点与每条边界曲线的映射关系代入到预设超限映射函数中，得到待打印构件的底板的单层打印路径。

[0023] 在一种可能的实现方式中，预设z形模板路径为构建在单位正方形内的任意一条z形曲线TP，TP=[TP1,TP2,TP3,…,TPn]，TPi=[ζi，ηi]，TPi为TP上的第i个点；

[0024] 预设超限映射函数为P（u，v）：

[0025]

[0026] 其中，L1(u)、L2(u)、L3(v)和L4(v)分别为4条边界曲线上的点，i为正整数，0≤u≤1，0≤v≤1。

[0027] 在一种可能的实现方式中，基于二维模型的轮廓，确定轮廓的4个分区点，且4个分区点将轮廓分为4条边界曲线，包括：

[0028] 将二维模型的轮廓向内偏置预设距离，得到二维模型的基线；

[0029] 在基线上任意选取4个顶点，作为二维模型的4个分区点，4个分区点将基线分为4条边界曲线。

[0030] 在一种可能的实现方式中，规划方法还包括：

[0031] 基于待打印构件的打印路径，确定任一路径上的任一节点的挤料宽度；

[0032] 基于挤料宽度、挤料速率以及打印层厚，确定打印速度；

[0033] 基于打印速度和待打印构件的打印路径，生成待打印构件的指令文件；

[0034] 其中，打印速度f为：

[0035]

[0036] 其中，Q为挤料速率，w为挤料宽度，t为打印层厚。

[0037] 第二方面，本发明实施例提供了一种非标准结构构件混凝土模板3D打印路径的规划装置，包括：

[0038] 获取轮廓模块，用于导入待打印构件的二维模型，获取二维模型的轮廓；其中，待打印构件为非标准结构的构件，且二维模型的轮廓至少包括4个顶点；

[0039] 确定边界曲线模块，用于基于二维模型的轮廓，确定轮廓的4个分区点，且4个分区点将轮廓分为4条边界曲线；

[0040] 确定底板路径模块，用于基于二维模型的预设z形模板路径、4条边界曲线的预设超限映射函数、以及4条边界曲线，确定待打印构件的底板的单层打印路径；

[0041] 确定侧壁路径模块，用于基于二维模型的轮廓，确定待打印构件的侧壁的单层打印路径；

[0042] 确定打印路径模块，用于基于底板的单层打印路径以及侧壁的单层打印路径，确定待打印构件的打印路径。

[0043] 在一种可能的实现方式中，确定底板路径模块，用于基于每条边界曲线上的每个点与每条边界曲线的关系，确定每条边界曲线上的每个点与每条边界曲线的映射关系；

[0044] 基于二维模型的预设z形模板路径、4条边界曲线的预设超限映射函数、以及每条边界曲线上的每个点与每条边界曲线的映射关系，确定待打印构件的底板的单层打印路径。

[0045] 在一种可能的实现方式中，确定底板路径模块，用于对每条边界曲线上的目标节点与该条边界曲线的预设起点形成的线段的长度进行归一化处理，得到每条边界曲线上的目标节点与该条边界曲线的预设起点形成的线段的相对长度；其中，目标节点为每条边界曲线上的任意一点；

[0046] 基于每条边界曲线上的目标节点与该条边界曲线的预设起点形成的线段的相对长度，确定每条边界曲线上的目标节点与每条边界曲线的映射关系；

[0047] 其中，

[0048] Lm(γi)为每条边界曲线上的目标节点与每条边界曲线的映射关系，

[0049] Lm(γi)= pim=[xim,yim]，pim为每条边界曲线的预设起点，pim为每条边界曲线上的任意一点，γi为每条边界曲线上的任意一点与该条边界曲线的预设起点形成的线段的相对长度，m=1,2,3,4，i = 1, 2, 3… n，j=2, 3… n，n为每条边界曲线上的节点个数。

[0050] 在一种可能的实现方式中，确定底板路径模块，用于将预设z形模板路径上的所有点，以及每条边界曲线上的每个点与每条边界曲线的映射关系代入到预设超限映射函数中，得到待打印构件的底板的单层打印路径。

[0051] 在一种可能的实现方式中，预设z形模板路径为构建在单位正方形内的任意一条z形曲线TP，TP=[TP1,TP2,TP3,…,TPn]，TPi=[ζi，ηi]，TPi为TP上的第i个点；

[0052] 预设超限映射函数为P（u，v）：

[0053]

[0054] 其中，L1(u)、L2(u)、L3(v)和L4(v)分别为4条边界曲线上的点，i为正整数，0≤u≤1，0≤v≤1。

[0055] 在一种可能的实现方式中，确定边界曲线模块，用于将二维模型的轮廓向内偏置预设距离，得到二维模型的基线；

[0056] 在基线上任意选取4个顶点，作为二维模型的4个分区点，4个分区点将基线分为4条边界曲线。

[0057] 在一种可能的实现方式中，还包括，生成指令模块，用于基于待打印构件的打印路径，确定任一路径上的任一节点的挤料宽度；

[0058] 基于挤料宽度、挤料速率以及打印层厚，确定打印速度；

[0059] 基于打印速度和待打印构件的打印路径，生成待打印构件的指令文件；

[0060] 其中，打印速度f为：

[0061]

[0062] 其中，Q为挤料速率，w为挤料宽度，t为打印层厚。

[0063] 第三方面，本发明实施例提供了一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上第一方面或第一方面的任一种可能的实现方式非标准结构构件混凝土模板3D打印路径的规划方法的步骤。

[0064] 第四方面，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上第一方面或第一方面的任一种可能的实现方式非标准结构构件混凝土模板3D打印路径的规划方法的步骤。

[0065] 本发明实施例提供一种非标准结构构件混凝土模板3D打印路径的规划方法及设备，首先，导入待打印构件的二维模型，获取二维模型的轮廓，接着，基于二维模型的轮廓，确定轮廓的4个分区点，且4个分区点将轮廓分为4条边界曲线。然后，基于二维模型的预设z形模板路径、4条边界曲线的预设超限映射函数、以及4条边界曲线，确定待打印构件的底板的单层打印路径。次之，基于二维模型的轮廓，确定待打印构件的侧壁的单层打印路径。最后，基于底板的单层打印路径以及侧壁的单层打印路径，确定待打印构件的打印路径。从而可以保证混凝土3D打印路径连续，减少路径跳转。

附图说明

[0066] 为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0067] 图1是本发明实施例提供的一种非标准结构构件混凝土模板3D打印路径的规划方法的实现流程图；

[0068] 图2为本发明实施例提供的非标准结构构件混凝土模板3D打印路径的规划方法的框图；

[0069] 图3是本发明实施例提供的一种挤料宽度的计算示意图；

[0070] 图4是本发明实施例提供的一种二维模型的轮廓的示意图；

[0071] 图5是本发明实施例提供的一种蛇形模板路径的示意图；

[0072] 图6是本发明实施例提供的图4待打印构件底板的单层打印路径示意图；

[0073] 图7是本发明实施例提供的图4的二维模型的挤料宽度示意图；

[0074] 图8是图6的多层打印路径；

[0075] 图9是本发明实施例提供的图4的侧壁的多层打印路径的示意图；

[0076] 图10是本发明实施例提供的图4的待打印构件的打印路径；

[0077] 图11是本发明实施例提供的另一种3D打印模型的轮廓的示意图；

[0078] 图12为图7对应的模板路径的示意图；

[0079] 图13为图7中的二维模型的多种打印路径示意图；

[0080] 图14是本发明实施例提供的一种非标准结构构件混凝土模板3D打印路径的规划装置的结构示意图；

[0081] 图15是本发明实施例提供的电子设备的示意图。

具体实施方式

[0082] 以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。

[0083] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图通过具体实施例来进行说明。

[0084] 正如背景技术中所描述的，当打印异形构件时，常规的打印方法会造成打印缺陷及路径不连续的现象。而打印缺陷会降低混凝土3D打印构件的力学性能和耐久性。路径不连续则会导致打印过程中出现跳转路径，降低打印的效率。

[0085] 混凝土3D打印的混凝土模板技术是混凝土3D打印主流的应用方式之一，其基本形式包括底板和侧壁。底板指的是处于3D打印构件下方，实体填充若干层（2 4层，20 40mm~ ~厚），形成承载后期浇筑混凝土材料的部分。侧壁指的是建立在底板之上，形状为构件外轮廓的薄壁，高度可以依据混凝土的建造性、打印机的最大打印高度等因素确定，宽度可以为混凝土保护层厚度值40mm，或者其他值。

[0086] 打印路径的规划是混凝土3D打印的一个关键要素，它通过计算打印路径和打印参数、生成3D打印机可读的控制指令来连接结构设计图纸和3D打印机。目前常用的混凝土3D打印规划包括Z形路径法、轮廓偏置法等，常用的控制方法为等厚等速的打印控制法。然而，上述的打印规划与控制方法尚不能够满足非标准结构构件的混凝土模板的混凝土3D打印，原因如下：第一、上述方法无法生成填充完整、无缺陷的的底板打印路径，会导致路径转折处、构件边缘、构件中心等位置出现大面积的填充空缺。第二、上述方法无法生成连续性的打印路径，会导致混凝土材料在泵送系统开/关切换时出现材料溢出、材料不足等问题，同时降低了打印效率。第三、当打印路径中路径转折、急转弯过多时，会导致打印机的运动不稳定。第四、等宽等厚的控制方法不适用于异形结构构件，应当在宽度较大的部位挤出较宽的条带，在宽度较小的部位挤出宽度较小的条带。

[0087] 在制作混凝土模板时，打印规划与控制方法不合理会导致底板上出现大量的缺陷，导致其力学性能与耐久性降低，浇筑混凝土材料漏出等问题。因此，对于异形构件，亟需一种新的路径规划方法，不会出现打印缺陷且保证路径连续。

[0088] 为了解决现有技术问题，本发明实施例提供了一种非标准结构构件混凝土模板3D打印路径的规划方法及设备。下面首先对本发明实施例所提供的混凝土3D打印路径的规划方法进行介绍。

[0089] 混凝土3D打印路径的规划方法的执行主体，可以是混凝土3D打印路径的规划装置，该混凝土3D打印路径的规划装置可以是具有处理器和存储器的电子设备，例如移动电子设备或者非移动电子设备。本发明实施例不作具体限定。

[0090] 参见图1，其示出了本发明实施例提供的非标准结构构件混凝土模板3D打印路径的规划方法的实现流程图，图2为本发明实施例提供的非标准结构构件混凝土模板3D打印路径的规划方法的框图，详述如下：

[0091] 步骤S110、导入待打印构件的二维模型，获取二维模型的轮廓。

[0092] 本申请中的待打印构件为非标准结构的构件，且二维模型的轮廓至少包括4个顶点。

[0093] 在路径规划之前，需要对待打印的模型进行二维建模，即采用CAD绘制其工程图，从而即可确定待打印的边界。

[0094] 然后将通过CAD绘制的二维模型导入，即可得到该模型的轮廓，从而便于后续的路径规划。

[0095] 步骤S120、基于二维模型的轮廓，确定轮廓的4个分区点，且4个分区点将轮廓分为4条边界曲线。

[0096] 在得到待打印构件的二维模型的轮廓后，需要对该轮廓进行补偿和分割。

[0097] 步骤S1210、将二维模型的轮廓向内偏置预设距离，得到二维模型的基线。

[0098] 由于混凝土打印的喷头打印出的混凝土具有一定的厚度，因此二维模型的基线需要在原有轮廓的基础上向内偏置部分距离。此距离可以根据打印机喷头的直径进行设置。

[0099] 步骤S1220、在基线上任意选取4个顶点，作为二维模型的4个分区点，4个分区点将基线分为4条边界曲线。

[0100] 在基线上的所有顶点中任意选取四个顶点，选取顶点不同，即可形成不同的轮廓的分割方法，形成不同的打印路径。4条边界曲线可以组成该封闭的基线。

[0101] 步骤S130、基于二维模型的预设z形模板路径、4条边界曲线的预设超限映射函数、以及4条边界曲线，确定待打印构件的底板的单层打印路径。

[0102] 首先，基于每条边界曲线上的每个点与每条边界曲线的关系，确定每条边界曲线上的每个点与每条边界曲线的映射关系。

[0103] 然后，基于二维模型的预设z形模板路径、4条边界曲线的预设超限映射函数、以及每条边界曲线上的每个点与每条边界曲线的映射关系，确定待打印构件的底板的单层打印路径。

[0104] 具体的步骤如下：

[0105] 步骤S1310、对每条边界曲线上的目标节点与该条边界曲线的预设起点形成的线段的长度进行归一化处理，得到每条边界曲线上的目标节点与该条边界曲线的预设起点形成的线段的相对长度；其中，目标节点为每条边界曲线上的任意一点。

[0106] 具体的，以任意的一条边界曲线L1的表达式的构建过程为例进行说明。

[0107] 设L1上的节点分别为[p1, p2, p3,…, pn]T，pi是边界曲线L1上的一个节点，[0108] pi = [xi, yi,]。pi与L1的起点p1之间的多段线长度为：

[0109] 。

[0110] 将 归一化处理，可得pi的相对长度为γi：

[0111]

[0112] 其中i= 1, 2, 3… n，j=2, 3… n，n为每条边界曲线上的节点个数。

[0113] 然后，基于每条边界曲线上的目标节点与该条边界曲线的预设起点形成的线段的相对长度，确定每条边界曲线上的目标节点与每条边界曲线的映射关系。

[0114] 具体的，γi为多段线 的长度与L1上的所有多段线的长度之比，通过γi→i的映射，即可用相对长度γi表示L1上的任意节点L1(γi)：

[0115] L1(γi)= pi = [xi, yi], i = 1, 2, …, n。

[0116] 是节点pi和pi+1连成的线段，位于线段 上的点的坐标可以通过两个节点的线性插值获得。设pi=L(a)，pi+1=L(b)，则线段 上的任意一点t的坐标即可通过下面的公式求得：

[0117]

[0118] 同理，即可求得每条边界曲线上的目标节点与该条边界曲线的预设起点形成的线段的相对长度为：

[0119] ；

[0120] Lm(γi)为每条边界曲线上的目标节点与每条边界曲线的映射关系，

[0121] Lm(γi)= pim=[xim,yim]，pim为每条边界曲线的预设起点，pim为每条边界曲线上的任意一点。

[0122] 步骤S1320、构建预设打印路径及预设超限映射函数。

[0123] 具体的，预设z形模板路径为构建在单位正方形内的任意一条z形曲线TP，TP=[TP1,TP2,TP3,…,TPn]，TPi=[ζi，ηi]，TPi为TP上的第i个点。

[0124] 预设超限映射函数为P（u，v）：

[0125]

[0126] 其中，L1(u)、L2(u)、L3(v)和L4(v)分别为4条边界曲线上的点，i为正整数，0≤u≤1，0≤v≤1。其中P(0,0)、P(1,0)、P(1,1)、P(0,1)分别为4个分区点，超限映射函数P的含义为：将一个二维区域可以视作参数u和v的函数，而且0≤u≤1, 0≤v≤1。因此，可以将这个二维区域视作u‑v参数域中边长为1的单位正方形，在这个单位正方形中，任何一个点可以与二维区域上一个点相互对应。

[0127] 步骤S1330、将预设z形模板路径上的所有点，以及每条边界曲线上的每个点与每条边界曲线的映射关系代入到预设超限映射函数中，得到待打印构件的底板的单层打印路径。

[0128] 即将TPi=[ζi，ηi]代入到预设超限映射函数P（u，v）中，通过相对长度求得每条边界曲线上的点，即可得到待打印构件的底板的单层打印路径。

[0129] 具体的，

[0130]

[0131] 即为待打印构件的底板的单层打印路径。

[0132] 在确定待打印构件的底板的单层打印路径后，即可根据该打印路径计算得到任一路径上的任一节点的挤料宽度。如图3所示的挤料宽度的计算示意图：

[0133] 设路径Pathi位于Pathi+1和Pathi‑1之间，节点Q位于Pathi上，P1与P2是Pathi‑1上两个相邻的节点，设α为线段QP1与Pathi‑1之间的夹角，β为线段QP2与Pathi‑1之间的夹角，若有α≥90且β≤90（或者β≥90且α≤90），则Pathi上距Q最近点在P1与P2之间，节点Q与路径Pathi的距离为D1 = |P1‑Q|sinα，同理可算得Q与Pathi+1的距离D2=|P2‑Q|sin（90‑β）。

[0134] 路径Pathi上Q点的挤料宽度为w=(D1+D2)/2。从而可以得到每个节点的挤料宽度w。

[0135] 步骤S140、基于二维模型的轮廓，确定待打印构件的侧壁的单层打印路径。

[0136] 具体的，侧壁的单层打印路径即为二维模型的基线，挤料宽度均为喷头尺寸D。

[0137] 步骤S150、基于底板的单层打印路径以及侧壁的单层打印路径，确定待打印构件的打印路径。

[0138] 在得到待打印构件的底板的单层打印路径以及侧壁的单层打印路径后，根据底板层数、侧壁层数以及层厚，即可得到待打印构件的打印路径。

[0139] 具体的，将上述步骤中得到的底板的单层打印路径设为PB，z= 0，将PB向z轴正方‑向上平移h，2h，… n1h，得到PB1，PB2，… PBn1，多层的底板路径计作：PBM=[PB1，PB 2, PB3,…]，其中，上标“‑”表示曲线反向。

[0140] 同样的，根据上述步骤中得到的底板的侧壁打印曲线PT，即可得到侧壁的多层打印路径。将PT向z轴正方向上平移n1h+h，n1h+2h，… n1h+n2h，得到PT1，PT2，… PTn2，得到多层的侧壁打印路径，计作PTM=[PT1，PT2, PT3,…, PTn2]。

[0141] 最后，将多层底板打印路径和多层侧壁打印路径组合，即可得到最终的打印路径PM=[PBM,PTM]。

[0142] 此外，基于待打印构件最终的打印路径，即可确定任一路径上的任一节点的挤料宽度。挤料宽度为w=(D1+D2)/2，在前面已经介绍如何计算，此处不再赘述。

[0143] 然后，基于挤料宽度、挤料速率以及打印层厚，即可确定打印速度。

[0144] 其中，打印速度f为：

[0145]

[0146] 其中，Q为挤料速率，w为挤料宽度，t为打印层厚。

[0147] 最后，基于打印速度和待打印构件的打印路径，生成待打印构件的指令文件。

[0148] 本发明提供的规划方法，首先，导入待打印构件的二维模型，获取二维模型的轮廓，接着，基于二维模型的轮廓，确定轮廓的4个分区点，且4个分区点将轮廓分为4条边界曲线。然后，基于二维模型的预设z形模板路径、4条边界曲线的预设超限映射函数、以及4条边界曲线，确定待打印构件的底板的单层打印路径。次之，基于二维模型的轮廓，确定待打印构件的侧壁的单层打印路径。最后，基于底板的单层打印路径以及侧壁的单层打印路径，确定待打印构件的打印路径。从而可以保证混凝土3D打印路径连续，减少路径跳转。

[0149] 对于非标准结构的构件，本方法可以满足路径连续形的要求。从而，可以减少跳转路径，减少混凝土泵送的开关次数，这样也有可以减少混凝土在打印过程中堵塞的可能性。当模板路径选取为Z形路径的时候，配合混凝土材料挤出自适用调控，可以实现连续、无缺陷的打印路径。

[0150] 下面以几种具体模型为例，进行详细的说明：

[0151] 如图4所示的一种二维模型的轮廓，将该模型的边界为图4中的实线∂M，将模型的边界∂M向内偏置S/2的距离，得到基线∂m，S为喷头的直径。

[0152] 在基线∂m上选取4个分区点，分别为A、B、C、D，将模型分割后，形成由这4个分区点组成的4条边界曲线L1、L2、L3、L4。

[0153] 然后，将点A设为边界曲线L1的起点，计算出L1上的目标节点与L1的映射关系，表示为L1(u)。将点D设为边界曲线L2的起点，计算出L2上的目标节点与L2的映射关系，表示为L2(u)。将点A设为边界曲线L3的起点，计算出L3上的目标节点与L3的映射关系，表示为L3(v)。将点B设为边界曲线L4的起点，计算出L4上的目标节点与L4的映射关系，表示为L4(v)。

[0154] 模板路径构建在1×1的单位正方形区域中，为蛇形的模板路径TP如图5所示，TP=[TP1,TP2,TP3,…,TPn]，TPi=[ζi，ηi]，TPi为TP上的第i个点；

[0155] 预设超限映射函数为P（u，v）：

[0156]

[0157] 将模板路径TP中的点带入到预设超限映射表达式中，即可得到打印路径，如图6所示。

[0158]

[0159] 基于打印路径，即可计算得到挤料宽度，如图7所示。基于挤料宽度w、挤料速率Q以及打印层厚t，即可确定打印速度f。具体的，打印速度f为：

[0160]

[0161] 根据底板的单层打印路径以及侧壁的单层打印路径，确定待打印构件的打印路径。如图8所示的为多层基板的打印路径，图9所示的为多层侧壁的打印路径，图10所示的最终的打印路径。

[0162] 将底板层数设为n1、侧壁层数设为n2、层厚设为h，将上述步骤中得到的底板的单层打印路径设为PB，z= 0，将PB向z轴正方向上平移h，2h，… n1h，得到PB1，PB2，… PBn1，多层‑的底板路径计作：PBM=[PB1，PB 2, PB3,…]，其中，上标“‑”表示曲线反向。

[0163] 同样的，根据上述步骤中得到的底板的侧壁打印路径为基线∂m，设这条曲线距离PB的最近点为PC，将∂m的地点转换为PC，并在末端缩短D/2距离，得到曲线PT，将PT向z轴正方向上平移n1h+h，n1h+2h，… n1h+n2h，得到PT1，PT2，… PTn2，得到多层的侧壁打印路径，计作PTM=[PT1，PT2, PT3,…, PTn2]。

[0164] 最后，将多层底板打印路径和多层侧壁打印路径组合，即可得到最终的打印路径PM=[PBM,PTM]。

[0165] 此外，基于待打印构件最终的打印路径，即可确定任一路径上的任一节点的挤料宽度。基于挤料宽度、挤料速率以及打印层厚，即可确定打印速度。最后，基于打印速度和待打印构件的打印路径，生成待打印构件的指令文件。

[0166] 对于非标准结构的构件，本方法可以满足路径连续形的要求。从而，可以减少跳转路径，减少混凝土泵送的开关次数，这样也有可以减少混凝土在打印过程中堵塞的可能性。当模板路径选取为Z形路径的时候，配合混凝土材料挤出自适用调控，可以实现连续、无缺陷的打印路径。

[0167] 如图11所示的另一种3D打印模型的轮廓示意图，图12为对应的模板路径示意图，通过选取不同的顶点，从而构建得到不同的打印路径，如图13所示的选取不同的边界曲线从而形成的不同的打印路径。

[0168] 通过选取待打印模型四个不同的分区点，从而构建不同的边界曲线的表达式，最终通过预设蛇形模板路径以及待填充路径的预设超限映射表达式，即可确定不同的二维模型的打印路径。

[0169] 通过采用本发明提供的方法，不仅可以满足路径连续性的要求。减少跳转路径，减少混凝土泵送的开关次数，而且减少混凝土在打印过程中堵塞的可能性。模板路径选取为蛇形路径，配合混凝土材料挤出自适用调控，可以实现连续、无缺陷的打印路径。从图13中也可以看出，模组中的分区点的选取方法不唯一，通过选取不同的边界曲线，可实现多种路径规划。

[0170] 应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。

[0171] 基于上述实施例提供的非标准结构构件混凝土模板3D打印路径的规划方法，相应地，本发明还提供了应用于该非标准结构构件混凝土模板3D打印路径的规划方法的非标准结构构件混凝土模板3D打印路径的规划装置的具体实现方式。请参见以下实施例。

[0172] 如图14所示，提供了一种非标准结构构件混凝土模板3D打印路径的规划装置1400，该装置包括：

[0173] 获取轮廓模块1410，用于导入待打印构件的二维模型，获取二维模型的轮廓；其中，待打印构件为非标准结构的构件，且二维模型的轮廓至少包括4个顶点；

[0174] 确定边界曲线模块1420，用于基于二维模型的轮廓，确定轮廓的4个分区点，且4个分区点将轮廓分为4条边界曲线；

[0175] 确定底板路径模块1430，用于基于二维模型的预设z形模板路径、4条边界曲线的预设超限映射函数、以及4条边界曲线，确定待打印构件的底板的单层打印路径；

[0176] 确定侧壁路径模块1440，用于基于二维模型的轮廓，确定待打印构件的侧壁的单层打印路径；

[0177] 确定打印路径模块1450，用于基于底板的单层打印路径以及侧壁的单层打印路径，确定待打印构件的打印路径。

[0178] 在一种可能的实现方式中，确定底板路径模块1430，用于基于每条边界曲线上的每个点与每条边界曲线的关系，确定每条边界曲线上的每个点与每条边界曲线的映射关系；

[0179] 基于二维模型的预设z形模板路径、4条边界曲线的预设超限映射函数、以及每条边界曲线上的每个点与每条边界曲线的映射关系，确定待打印构件的底板的单层打印路径。

[0180] 在一种可能的实现方式中，确定底板路径模块1430，用于对每条边界曲线上的目标节点与该条边界曲线的预设起点形成的线段的长度进行归一化处理，得到每条边界曲线上的目标节点与该条边界曲线的预设起点形成的线段的相对长度；其中，目标节点为每条边界曲线上的任意一点；

[0181] 基于每条边界曲线上的目标节点与该条边界曲线的预设起点形成的线段的相对长度，确定每条边界曲线上的目标节点与每条边界曲线的映射关系；

[0182] 其中，

[0183] Lm(γi)为每条边界曲线上的目标节点与每条边界曲线的映射关系，

[0184] Lm(γi)= pim=[xim,yim]，pim为每条边界曲线的预设起点，，pim为每条边界曲线上的任意一点，γi为每条边界曲线上的任意一点与该条边界曲线的预设起点形成的线段的相对长度，m=1,2,3,4，i = 1, 2, 3… n，j=2, 3… n，n为每条边界曲线上的节点个数。

[0185] 在一种可能的实现方式中，确定底板路径模块1430，用于将预设z形模板路径上的所有点，以及每条边界曲线上的每个点与每条边界曲线的映射关系代入到预设超限映射函数中，得到待打印构件的底板的单层打印路径。

[0186] 在一种可能的实现方式中，预设z形模板路径为构建在单位正方形内的任意一条z形曲线TP，TP=[TP1,TP2,TP3,…,TPn]，TPi=[ζi，ηi]，TPi为TP上的第i个点；

[0187] 预设超限映射函数为P（u，v）：

[0188]

[0189] 其中，L1(u)、L2(u)、L3(v)和L4(v)分别为4条边界曲线上的点，i为正整数，0≤u≤1，0≤v≤1。

[0190] 在一种可能的实现方式中，确定边界曲线模块1420，用于将二维模型的轮廓向内偏置预设距离，得到二维模型的基线；

[0191] 在基线上任意选取4个顶点，作为二维模型的4个分区点，4个分区点将基线分为4条边界曲线。

[0192] 在一种可能的实现方式中，还包括，生成指令模块，用于基于待打印构件的打印路径，确定任一路径上的任一节点的挤料宽度；

[0193] 基于挤料宽度、挤料速率以及打印层厚，确定打印速度；

[0194] 基于打印速度和待打印构件的打印路径，生成待打印构件的指令文件；

[0195] 其中，打印速度f为：

[0196]

[0197] 其中，Q为挤料速率，w为挤料宽度，t为打印层厚。

[0198] 图15是本发明实施例提供的电子设备的示意图。如图15所示，该实施例的电子设备15包括：处理器150、存储器151以及存储在所述存储器151中并可在所述处理器150上运行的计算机程序152。所述处理器150执行所述计算机程序152时实现上述各个混凝土3D打印路径的规划方法实施例中的步骤，例如图1所示的步骤110至步骤150。或者，所述处理器150执行所述计算机程序152时实现上述各装置实施例中各模块的功能，例如图14所示模块
1410至1450的功能。

[0199] 示例性的，所述计算机程序152可以被分割成一个或多个模块，所述一个或者多个模块被存储在所述存储器151中，并由所述处理器150执行，以完成本发明。所述一个或多个模块可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述计算机程序152在所述电子设备15中的执行过程。例如，所述计算机程序152可以被分割成图14所示的模块1410至1450。

[0200] 所述电子设备15可包括，但不仅限于，处理器150、存储器151。本领域技术人员可以理解，图15仅仅是电子设备15的示例，并不构成对电子设备15的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述电子设备还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。

[0201] 所称处理器150可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器  (Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路 (Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列 (Field‑Programmable Gate Array，FPGA) 或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

[0202] 所述存储器151可以是所述电子设备15的内部存储单元，例如电子设备15的硬盘或内存。所述存储器151也可以是所述电子设备15的外部存储设备，例如所述电子设备15上配备的插接式硬盘，智能存储卡（Smart Media Card，SMC），安全数字（Secure Digital，SD）卡，闪存卡（Flash Card）等。进一步地，所述存储器151还可以既包括所述电子设备15的内部存储单元也包括外部存储设备。所述存储器151用于存储所述计算机程序以及所述电子设备所需的其他程序和数据。所述存储器151还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。

[0203] 所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

[0204] 在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

[0205] 本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

[0206] 在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置/电子设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置/电子设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。

[0207] 所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

[0208] 另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

[0209] 所述集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个非标准结构构件混凝土模板3D打印路径的规划方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器（Read‑Only Memory，ROM）、随机存取存储器（Random Access Memory，RAM）、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。

[0210] 以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。