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3D プリンタのデータ(G-code / 3MF / スライス / 層画像の検査) — 使い方ガイド

この族は何をする道具箱か

3D プリンタのデータは「形(メッシュ)→ 層(スライス)→ 経路(G-code)→ 印刷中の層画像」と流れます。この族はその往復を、Fullseye の既存語彙(mesh / voxel / table / image2d / measurement / text)だけで、numpy + 標準ライブラリで閉じます。新しい型は作りません。

17 op / 5 カテゴリ(台帳は opsprintpath.py、実体は printpath.py):

gcode(5) — gcode_read(G0/G1 を線分の表 table に: x0 y0 z0 x1 y1 z1 e f layer。G90/G91、M82/M83、G92、G20/G21、; コメント、層は ;LAYER:n か Z の増加。円弧 G2/G3 は拒む)/ gcode_write(表を G1 に書き戻す)/ gcode_extrusion_volume(Σe × フィラメント断面積 [mm³])/ gcode_time_estimate(Σ 距離 / 送り、加速度を無視した下限 [s])/ gcode_layer_image(1 層の経路を線幅つきのラスタに = 期待の層画像)。
slice(3) — mesh_slice_contours(平面 z で切った輪郭 table: ring x y。三角形の法線で向きを付け、外輪郭は反時計回り・穴は時計回り)/ mesh_slice_stack(層ごとの塗りつぶしマスク voxel、nonzero winding で穴は穴のまま)/ contours_to_gcode(輪郭を周回する経路の表、押し出し量 = 線分長 × 線幅 × 層厚 / 断面積)。
format(2) — read_3mf / write_3mf(zip + XML の最小構成、単位換算、<build> の変換行列)。
inspect(1) — print_layer_defect_map(観測の層画像と期待の層画像を比べ、+1 = あるはずの所に無い(欠け)、−1 = 無いはずの所にある(はみ出し・糸引き)、tolerance_px で位置ずれと線幅の揺れを許す)。

流れ

flowchart LR
    M[mesh: read_mesh / read_3mf] --> S[mesh_slice_contours]
    M --> V[mesh_slice_stack]
    S --> G[contours_to_gcode] --> W[gcode_write]
    W --> R[gcode_read] --> E[gcode_extrusion_volume / gcode_time_estimate]
    R --> I[gcode_layer_image]
    C[カメラの層画像] --> D[print_layer_defect_map]
    I --> D
    V --> X[vol_render_transfer で立体に]

最短の使い方

import fullseye as fs
L = fs.ledger

V, F = fs.read_mesh("part.stl")                       # STL / OBJ / PLY / OFF、または L.read_3mf("part.3mf")
stack = L.mesh_slice_stack((V, F), layer_mm=0.2, px_per_mm=10.0)     # (Z, Y, X) の層マスク
c = L.mesh_slice_contours((V, F), z=3.1)              # 1 層の輪郭
g = L.contours_to_gcode(c, z=3.1, layer=15)            # 周回の経路(最小のスライサ)
path = L.gcode_write(g, "part.gcode")

t = L.gcode_read("part.gcode")                        # どのスライサの出力でも(円弧は展開しておく)
print(L.gcode_extrusion_volume(t), "mm^3", L.gcode_time_estimate(t), "s (lower bound)")
expected = L.gcode_layer_image(t, layer=15, px_per_mm=10.0, bounds=(0, 0, 60, 40))
defects = L.print_layer_defect_map(camera_layer_15, expected, tolerance_px=3)   # +1 欠け / −1 はみ出し

真値で確かめてある性質(`tests/test_printpath.py`、`examples/poc_print_layer_inspection.py`)

角穴つきの箱を切った層の面積 = 200 − 16 mm² と厳密一致、穴だけが残る層は空(nonzero winding)。歯車状の柱と円い穴は 0.1 % 以内。
輪郭を周回する経路の押し出し量 = 周長 × 線幅 × 層厚 / フィラメント断面積(閉形式)、G-code の書き読みで往復(E の総和 1e-5 mm 以内)。
相対座標(G91)・相対 E(M83)・リトラクト・G92・インチ(G20)を正しく読む。円弧と座標の欠けは ValueError。
3MF は書いて読んで頂点・面が一致、単位 inch は 25.4 倍。
注入した欠陥(欠け 6・はみ出し 6、1〜4 mm)を許容 3 px(0.3 mm)で再現率 0.96・偽陽性 0。カメラを 0.2 mm ずらすと再現率は約 0.9 に落ちる(ずれの分だけ縁を食われる)、偽陽性は 5 %。

罠

円弧 G2/G3 は扱わない(黙って直線にすると押し出し体積を過小評価する)。スライサ側で直線に展開して出力すること。
層の切り方は方言がある: Cura は ;LAYER:n、PrusaSlicer は ;LAYER_CHANGE。タグが無ければ「押し出しを伴う Z の増加」で切る(layer_from="z" で強制)。
時間の見積もりは下限: 加速度・ジャーク・リトラクトを無視するので、細かいインフィルほど実機より短く出る。
スライスは面の向きが揃っている前提(STL / 3MF の規約)。向きが壊れたメッシュは穴が埋まる。mesh_orientation_consistent で先に直す。
位置合わせはしない: カメラ像は先に gcode_layer_image と同じ画素格子(bounds / px_per_mm)へ写す。
stroke(6) — stipple_points_from_image / stipple_energy / stroke_tour_closed / mst_length / stroke_resample_closed / stroke_tone_error: 写真の濃淡を 1 本の閉じた線にする層(TSP art)。濃淡を点の密度に写し(重みつき Lloyd)、その点を 1 回ずつ通って戻る巡回路に並べ、等弧長に打ち直して、描いた濃淡が目標とどれだけ違うかを返します。ペンプロッタの経路と 3D プリンタの経路は同じ対象なので、出口は既存の contours_to_gcode → gcode_time_estimate をそのまま使えます(「この絵は 1 本の線で紙の上に何メートル、何分で描けるか」)。★質は下界との比で言います —— 閉じた巡回路は最小全域木より短くなれません。

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3D プリンタのデータ(G-code / 3MF / スライス / 層画像の検査) — 使い方ガイド

この族は何をする道具箱か

流れ

最短の使い方

真値で確かめてある性質(tests/test_printpath.py、examples/poc_print_layer_inspection.py)

罠

関連

真値で確かめてある性質(`tests/test_printpath.py`、`examples/poc_print_layer_inspection.py`)