MacroHard Maker — Core

应力驱动的连续碳纤维多轴3D打印路径规划工具

结合有限元分析（FEA）、曲面测地线路径规划和拓扑优化，为连续碳纤维增强聚合物（CCF）3D打印生成最优纤维沉积路径。

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功能特性

• XY+A combined 路径规划 — 缠绕层 + 填充层一体化，1.7M 路径点 / 3.4s
• G-code 生成（16× 提速） — 直接字符串格式化，22.5s → 1.35s，输出 75MB G-code
• FEA 应力分析 — 基于 scikit-fem 的线弹性求解器，识别主应力方向
• 打印方向优化 — 多起点枚举，最小化悬垂面积
• 参数化网格生成 — cylinder / cone / hollow 等内置模型 + STL 导入
• Three.js 3D 可视化 — 实时路径预览，层切片滑块，1342 可视层段
• 后端日志面板 — 实时 500 条环形缓冲，可拖拽，带清空反馈

后端架构（v1.1）

webapp/
├── run.py                    # uvicorn 入口
└── app/
    ├── main.py               # FastAPI app + 旧接口兼容层
    ├── core/
    │   └── job_manager.py    # ThreadPoolExecutor 任务管理器，per-job JobState
    ├── models/
    │   └── schemas.py        # Pydantic v2 请求/响应 Schema
    ├── services/
    │   └── pipeline.py       # 业务逻辑：run_mesh/plan/gcode/fea/optimize
    └── routers/
        ├── jobs.py           # /api/v1/jobs/* + SSE 进度流
        ├── geometry.py       # /api/v1/geometry/mesh + upload
        └── system.py         # /api/v1/system/health|logs|metrics

API

v1 接口（推荐）

方法	路径	说明
POST	/api/v1/geometry/mesh	提交网格生成任务 → job_id
POST	/api/v1/geometry/upload	上传 STL → job_id
POST	/api/v1/jobs/plan	提交路径规划任务
POST	/api/v1/jobs/gcode	提交 G-code 生成任务
POST	/api/v1/jobs/fea	提交 FEA 任务
POST	/api/v1/jobs/optimize	提交打印方向优化任务
GET	/api/v1/jobs/{id}	查询任务状态
GET	/api/v1/jobs/{id}/stream	SSE 实时进度流
DELETE	/api/v1/jobs/{id}	取消任务
GET	/api/v1/system/health	健康检查
GET	/api/v1/system/logs	后端日志（增量拉取）

旧接口（向后兼容）

POST /api/mesh · /api/fea · /api/xyza_paths · /api/gcode · /api/optimize

Swagger UI：启动后访问 http://localhost:8080/docs

快速开始

安装依赖

pip install fastapi "uvicorn[standard]" python-multipart numpy scipy meshio scikit-fem gmsh

启动服务

python webapp/run.py
# 访问 http://localhost:8080
# Swagger: http://localhost:8080/docs

直接调用路径规划

from cfpp.surface.planner_v2 import XYAPathPlanner

planner = XYAPathPlanner(a_offset_z=50.0)
waypoints = planner.helical_path(radius=15, length=80, winding_angle=45, n_layers=4)

流程总览

STL / 参数化模型
       ↓
  网格生成 (gmsh)          POST /api/v1/geometry/mesh
       ↓
  FEA 应力分析             POST /api/v1/jobs/fea
       ↓
  主方向提取 + 路径规划     POST /api/v1/jobs/plan
       ↓
  G-code 生成              POST /api/v1/jobs/gcode
       ↓
  Klipper 打印机

项目结构

cf-path-planner/
├── cfpp/                  # 核心 Python 库
│   ├── solver/            # FEA 弹性求解器
│   ├── surface/           # 测地线路径、应力场、XYA 规划器
│   ├── mesh/              # 网格生成 (gmsh)
│   ├── topo/              # SIMP 拓扑优化
│   └── gcode/             # G-code 后处理
├── webapp/
│   ├── run.py             # uvicorn 启动入口
│   └── app/               # FastAPI 应用（见上方架构图）
├── visualization/
│   ├── index.html         # Three.js 前端
│   └── data/              # Pipeline 实时 JSON 输出
├── examples/              # 使用示例
├── klipper/               # Klipper 打印机配置
└── docs/                  # LaTeX 技术报告

硬件目标

适用于 XY+A 多轴 FFF 打印机（X/Y 平动 + A 旋转平台）。Klipper 配置示例见 klipper/。

测试

python tests/test_xyza_backend.py
python tests/benchmark_webapp.py

桌面版

提供 Electron 封装的桌面应用：macrohard-maker-desktop

License

MIT