一種保留模型特征的3d打印自適應(yīng)切片方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于3D打印技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種保留模型特征的3D打印自適應(yīng)切片方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 3D 打?。?D Printing)也稱增材制造 （Additive Manufacturing，AM)，這種技術(shù) 采用離散堆積的工藝原理，利用逐層打印的方法得到三維實體。它的基本原理是：在某一方 向上（通常選Z軸方向），用足夠多的切片去切三維模型，那么在每一層上就得到切片與模 型相交的所有輪廓信息，利用輪廓彼此的包含關(guān)系判斷出要打印的部分，再通過對打印材 料的逐層堆積粘結(jié)，最終打印出想要打印的三維實體。目前，3D打印中三維模型使用最廣泛 的是STL文件格式的模型，它用許多小三角形來逼近模型的表面。從上面快速成型的原理 可以看到，對三維模型的分層處理是快速成型中的重要步驟之一。
[0003] 基于STL文件的3D打印分層算法主要有均勻分層和自適應(yīng)分層兩種。均勻分層 即采用統(tǒng)一的分層厚度對模型進行分層處理；自適應(yīng)分層會根據(jù)物體的表面復(fù)雜情況，自 動的對模型的分層厚度進行改變，使得復(fù)雜的表面具有的分層厚度（layer thickness)較 小，簡單的表面具有的分層厚度較大。由于3D打印離散堆積的固有缺陷，分層算法導(dǎo)致的 3D打印中的誤差主要有：階梯誤差、模型特征的丟失和偏移。在均勻分層中減小分層厚度， 必然能減小階梯誤差，但是分層數(shù)就會增加，必然導(dǎo)致打印時間的增加；自適應(yīng)分層就是為 了解決這一矛盾提出來的，它能在用同均勻分層相同的分層數(shù)的情況下，能有效的減小階 梯誤差，但是卻不能處理模型特征的丟失和偏移。
[0004] 為了有效的減小階梯誤差、模型特征的丟失和偏移，本發(fā)明提出了一種能有效保 留模型特征的3D打印自適應(yīng)切片方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種保留模型特征的3D打印自適應(yīng)切片方法， 該方法用于解決階梯誤差、模型特征的丟失和偏移引起的打印加工缺陷問題，能夠有效地 減少打印時間，減少內(nèi)存使用量以及計算量。
[0006] 為達到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：
[0007] 一種保留模型特征的3D打印自適應(yīng)切片方法，該方法包括以下步驟：
[0008] 步驟一：根據(jù)實際工程設(shè)計，采用計算機軟件建立三維模型，并對模型進行網(wǎng)格化 處理，生成STL文件數(shù)據(jù)；
[0009] 步驟二：對模型的STL文件數(shù)據(jù)進行預(yù)處理；
[0010] 步驟三：采用自適應(yīng)分層算法處理經(jīng)預(yù)處理后的文件數(shù)據(jù)，得到切片輪廓信息；
[0011] 步驟四：采用特征存在條件判斷切片輪廓信息中任意相鄰兩分層高度上的切片是 否有可能存在特征，若有可能存在特征，則采用最小分層厚度I min對切片間的模型數(shù)據(jù)進行 二次切片，并記錄切片輪廓信息；否則，不做處理，記錄切片輪廓信息；
[0012] 步驟五：將經(jīng)步驟四處理后的切片輪廓信息按照切片格式生成打印文件，進行3D 打印。
[0013] 進一步，所述步驟一中的STL文件數(shù)據(jù)包含經(jīng)網(wǎng)格化處理后生成的所有三角面片 的三個頂點三維坐標以及其單位法向量數(shù)據(jù)。
[0014] 進一步，所述步驟二對模型的STL文件數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，具體包括以下步驟：
[0015] 1)給定最大、最小分層厚度（lmax，Imin)以及尖端高度c的值；
[0016] 2)對STL文件數(shù)據(jù)進行排序預(yù)處理，設(shè)分層方向為z軸，遍歷所有的三角面片， 比較每個面片中的三個頂點z坐標的大小，獲取所有三角面片中z坐標的最大值、最小值 ( Zmax，ZmJ，得到由第J·個三角面片的Z坐標最大值、最小值構(gòu)成的集合{( Zj)max，（Zj)mJ， 以及面片法向量z坐標ζ」，Ν;定義三角面片法向量N與z軸正方向夾角為γ」，滿足Zj， N= cos (γ」)，|cos(y」）I為該面片的復(fù)雜度。
【主權(quán)項】
1. 一種保留模型特征的3D打印自適應(yīng)切片方法，其特征在于：該方法包括以下步驟： 步驟一：根據(jù)實際工程設(shè)計，采用計算機軟件建立三維模型，并對模型進行網(wǎng)格化處 理，生成STL文件數(shù)據(jù)； 步驟二：對模型的STL文件數(shù)據(jù)進行預(yù)處理； 步驟三：采用自適應(yīng)分層算法處理經(jīng)預(yù)處理后的文件數(shù)據(jù)，得到切片輪廓信息； 步驟四：采用特征存在條件判斷切片輪廓信息中任意相鄰兩分層高度上的切片是否有 可能存在特征，若有可能存在特征，則采用最小分層厚度1_對切片間的模型數(shù)據(jù)進行二次 切片，并記錄切片輪廓信息；否則，不做處理，記錄切片輪廓信息； 步驟五：將經(jīng)步驟四處理后的切片輪廓信息按照切片格式生成打印文件，進行3D打 印。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種保留模型特征的3D打印自適應(yīng)切片方法，其特征在于： 所述步驟一中的STL文件數(shù)據(jù)包含經(jīng)網(wǎng)格化處理后生成的所有三角面片的三個頂點三維 坐標以及其單位法向量數(shù)據(jù)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種保留模型特征的3D打印自適應(yīng)切片方法，其特征在于： 所述步驟二對模型的STL文件數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，具體包括以下步驟： 1) 給定最大分層厚度Imax、最小分層厚度Imin以及尖端高度c的值； 2) 對STL文件數(shù)據(jù)進行排序預(yù)處理，設(shè)分層方向為z軸，遍歷所有的三角面片，比較每 個面片中的三個頂點z坐標的大小，獲取所有三角面片中z坐標的最大值Z max、最小值zmin， 得到由第j個三角面片的z坐標最大值、最小值構(gòu)成的集合{( Zj)_，（Zj)miJ，以及面片法 向量Z坐標Zj，N;定義三角面片法向量N與Z軸正方向夾角為y j，滿足Zj，N= cos(y j)， COS(Yj) I為該面片的復(fù)雜度。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種保留模型特征的3D打印自適應(yīng)切片方法，其特征在于： 所述步驟三采用自適應(yīng)分層算法處理經(jīng)預(yù)處理后的文件數(shù)據(jù)，度量階梯誤差采用尖端高度
分層總數(shù)為n+2,獲取每層高度對應(yīng)的切片輪廓信息。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種保留模型特征的3D打印自適應(yīng)切片方法，其特征在于： 所述切片輪廓信息為片面與該層所有三角面片的交點、交線信息，并將交線首尾相連構(gòu)成 輪廓信息。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種保留模型特征的3D打印自適應(yīng)切片方法，其特征在于： 所述尖端高度方法，具體包括以下步驟：選與第i層分層高度的切片相交的三角面片中，
最大的三角面片，記作為該層的表征三角面片，表征三角面片對應(yīng)的Yj(Ii i)、 ZinOO分別記作為0i、Zi，N;通過固定尖端高度C為常量，將模型沿Z軸方向按照以下公式 所示的分層厚度來對模型進行分層，
片的法向量N與Z軸正方向夾角，為與第i層分層高度比相交的三角面片的法向 量Z坐標。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種保留模型特征的3D打印自適應(yīng)切片方法，其特征在于： 所述步驟四中的特征包括特征面、特征線以及特征點；所述特征面是平行于分層平面的表 面；所述特征線由兩個非特征面的三角面片的交線組成，交線平行于分層平面，且兩三角面 片的夾角大于閾值；所述特征點由多個三角面片的交點組成，且三角面片上除交點外的其 他點的Z坐標值全都大于或者小于交點的Z坐標值。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種保留模型特征的3D打印自適應(yīng)切片方法，其特征在于： 所述特征存在條件包括以下幾種： 1) 相鄰兩分層高度上的切片輪廓數(shù)發(fā)生變化，肯定存在模型的特征； 2) 相鄰兩分層高度上的切片上，表征三角面片的復(fù)雜度發(fā)生變化，且它們差值的絕對 值大于閾值，I 大于閾值，i =〇，1，...，n，兩切片間可能存在著模型的特征； 3) 在相鄰兩分層高度上的切片間存在I (Yj)niax W1-(Yj)niin i，i+11大于閾值，三角面片 滿足（ZjH1, (Zj)Jhi,其中，（Yj)niax i，i+1、（Yj)niin i，i+1分別為這兩切片間所有三角面 片中法向量與z軸正方向最大夾角和最小夾角，兩切片間可能存在著模型的特征。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種保留模型特征的3D打印自適應(yīng)切片方法，屬于3D打印技術(shù)領(lǐng)域。該方法包括以下步驟：1)根據(jù)實際工程設(shè)計，建立三維模型，并對模型進行網(wǎng)格化處理，生成STL文件數(shù)據(jù)；2)對模型的STL文件數(shù)據(jù)進行預(yù)處理；3)采用自適應(yīng)分層算法處理經(jīng)預(yù)處理后的文件數(shù)據(jù)，得到切片輪廓信息；4)采用特征存在條件判斷切片輪廓信息中任意相鄰兩分層高度上的切片是否有可能存在特征，若有可能存在特征，則采用最小分層厚度lmin對切片間的模型數(shù)據(jù)進行二次切片，否則，不做處理；同時記錄切片輪廓信息；5)將經(jīng)步驟四處理后的切片輪廓信息按照切片格式生成打印文件，進行3D打印。該方法能夠有效減少打印時間，減少內(nèi)存使用量以及計算量。
【IPC分類】B29C67-00, B33Y50-00
【公開號】CN104708824
【申請?zhí)枴緾N201510108708
【發(fā)明人】陳長波, 李文康, 楊文強
【申請人】中國科學(xué)院重慶綠色智能技術(shù)研究院
【公開日】2015年6月17日
【申請日】2015年3月12日