陶土3D打印随机路径算法制作花瓶全流程详解

本项目旨在开发一种生成陶土3D打印机随机路径的算法。传统3D打印通常会避免向下移动以防止打印头与模型碰撞，但我希望突破这一经验法则。通过让路径在圆柱体点集间穿行，最终制作完成了一个花瓶。

• Rhino建模软件
• MATLAB计算平台
• Potterbot陶艺打印机
• 釉料

在Grasshopper中创建圆柱体并进行细分生成点集。虽然最初尝试用Python编写路径规划算法，但最终选择更熟悉的MATLAB。为此将圆柱点集数据导出为CSV文件供MATLAB调用。

绘制二维路径示意图时制定以下规则：

• 必须为单一连续路径
• 沿Z轴方向未完成层数不超过3层（3为经验值）
• 下一打印点下方需已有陶土或基板支撑

三层未完成规则确保底部未填充区域不会遗留，同时避免喷头扎入已打印结构。

MATLAB代码导入圆柱点集CSV文件，根据自定义规则重组点集，并将生成路径导出为CSV文件回传至Grasshopper。

初始规则生成如左图所示路径。通过在Grasshopper中沿路径扫描圆形截面实现可视化。

由于三层未完成规则的限制，路径通常在前3层即告失败。需生成大量路径才能找到可完整覆盖圆柱体的方案。

与Emma讨论后改进规则：

• 必须为单一连续路径
• 沿Z轴方向未完成层数不超过3层
• 下一打印点下方需已有支撑
• 禁止垂直向上移动
• 前5层采用连续路径

禁止垂直向上移动有助于维持路径在圆柱体表面的延续性。虽然改进后路径仍会提前终止，但稳定性有所提升。

在Grasshopper中将CSV路径转换为Potterbot适用的GCode。首次打印时进料速度过快，将速度降至0.5倍后取得有效结果。由于随机路径层数不足，需进一步优化路径长度。

更新规则：

• 必须为单一连续路径
• 沿Z轴方向未完成层数限制
• 下一打印点下方需已有支撑
• 禁止垂直向上移动
• 前5层采用连续路径
• 优先选择对角线向下移动

取消层数限制后，观察到喷头在对角线下移时具有足够安全距离。新规则使路径基本能完整覆盖圆柱体，仅顶部存在少量失败点。

此次打印成功验证概念，完整呈现设计路径。成品呈现出超乎预期的有机质感，类似编织效果。基于此成功案例，决定制作带底座和收口的花瓶。

在MATLAB代码中增加底座和顶部连续路径后进行小尺寸测试打印，结果成功为大尺寸花瓶制作奠定信心。

最终花瓶直径80毫米，高度200毫米，耗时40分钟完成打印。

施加彩色釉下彩和透明釉料。素坯原本存在孔隙，上釉后实现密封防水。随机路径形成的纹理既不像3D打印制品，又非手工可轻易达成，这种微妙特质正是本作品最吸引人之处。