3d打印中的自適應(yīng)分層方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種3D打印中的自適應(yīng)分層方法，包括：根據(jù)相應(yīng)3D打印設(shè)備得到最大允許層厚和最小允許層厚；根據(jù)最小允許厚度得到需加工實(shí)體的SLC文件；讀取SLC文件得到實(shí)體的每層輪廓信息；保留第一層輪廓，然后設(shè)i初始值為2；計(jì)算第i層輪廓和保留下來(lái)的第一層輪廓之間的相交多邊形集；計(jì)算面積比率參數(shù)和平均距離參數(shù)，根據(jù)這兩個(gè)參數(shù)和最大允許層厚判斷第i層輪廓是否保留；i增加1，如果i的值不大于實(shí)體總的分層數(shù)目n，則返回步驟5；否則，計(jì)算結(jié)束，輸出實(shí)體自適應(yīng)分層結(jié)果。該發(fā)明魯棒性強(qiáng)，適應(yīng)于各種形狀的模型，尤其是對(duì)大型的、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的模型有效果，同時(shí)簡(jiǎn)單，通用性好，更容易嵌入到3D打印設(shè)備中，實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。
【專(zhuān)利說(shuō)明】3D打印中的自適應(yīng)分層方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于3D打印技術(shù)分層方法領(lǐng)域，尤其涉及一種3D打印中的自適應(yīng)分層方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著3D打印技術(shù)的高速發(fā)展，其可以為航空航天、機(jī)械、生物、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的發(fā)展提供關(guān)鍵的技術(shù)支撐。3D打印技術(shù)最大優(yōu)點(diǎn)就是無(wú)需機(jī)械加工和任何模具，可以大大的縮短產(chǎn)品的研發(fā)周期和降低生產(chǎn)成本。而對(duì)于3D打印技術(shù)，分層是關(guān)鍵技術(shù)之一。分層技術(shù)涉及到3D打印的加工時(shí)間和產(chǎn)品的精度的平衡問(wèn)題。當(dāng)產(chǎn)品精度越高時(shí)，分層數(shù)目就會(huì)越大，這樣加工時(shí)間就會(huì)大大增加，而當(dāng)分層數(shù)目減少時(shí)，產(chǎn)品的精度又無(wú)法保證。那么就需要合適的分層方法可以在保證精度的前提下盡可能的減少分層數(shù)目，以提高加工效率。
[0003]目前常用分層方法可以分為三種。一種是等層高分層方法，這種方法在現(xiàn)實(shí)加工設(shè)備上普遍使用，但是其很難保證產(chǎn)品的表面精度，如果想提高零件精度就會(huì)大大增大分層數(shù)目；一種是針對(duì)STL模型的自適應(yīng)分層方法，這種方法是根據(jù)STL模型中面片的法向量等信息進(jìn)行分層。但是由于STL模型是由三角面片來(lái)表示模型的，本身就存在誤差，這樣精度就很難保證；最后一種是直接針對(duì)CAD實(shí)體模型進(jìn)行自適應(yīng)分層，用精確地三維模型來(lái)進(jìn)行自適應(yīng)分層，這樣來(lái)消除STL模型的誤差。例如王衛(wèi)辰等(基于3D CAD模型表面Z向特征曲線的自適應(yīng)分層方法；王衛(wèi)辰，朱真才，方亮，邢邦圣，王繁生；《機(jī)械科學(xué)與技術(shù)》;2010年第29卷第5期；607-611頁(yè)；共5頁(yè))提出一種基于模型表面多處興趣特征的快速自適應(yīng)分層算法，該算法利用Z向特征曲線提取CAD模型表面的興趣特征，通過(guò)特征曲線幾何特征到層厚的直接映射關(guān)系快速確定分層點(diǎn)處的適應(yīng)性層厚，整個(gè)層厚計(jì)算過(guò)程不存在冗余計(jì)算?，F(xiàn)有的常用的分層誤差計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)有以下幾種:一是尖頂高度準(zhǔn)則，根據(jù)模型的拓?fù)湫畔⒁约八试S的最大尖頂高度計(jì)算得到層厚，這種準(zhǔn)則普遍使用，但是當(dāng)模型法向量接近豎直方向時(shí)就會(huì)失效；二是面積差比率準(zhǔn)則，根據(jù)相鄰兩層輪廓的面積差來(lái)判斷分層高度是否合適，當(dāng)面積差很大時(shí)就減小分層高度，否則增大分層高度，但是這種方法只能處理簡(jiǎn)單的模型；其他有體積差比率、表面粗糙度、輪廓邊界距離等準(zhǔn)則。這些分層方法和誤差計(jì)算準(zhǔn)則都有自己的優(yōu)勢(shì)和適應(yīng)范圍。
[0004]但是沒(méi)有一種自適應(yīng)分層方法可以對(duì)于所有的模型進(jìn)行分層，尤其是大型的、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的模型，這樣也導(dǎo)致現(xiàn)有的自適應(yīng)分層方法也很難通用化，很難實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提出一種3D打印中的自適應(yīng)分層方法，借助于模型不同輪廓之間的多邊形布爾運(yùn)算達(dá)到自適應(yīng)分層的目的，本發(fā)明提供了一種適合于各種3D打印技術(shù)的通用自適應(yīng)分層方法，魯棒性強(qiáng)，可以對(duì)任何形狀的模型進(jìn)行自適應(yīng)分層，尤其是對(duì)大型的、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的模型也適用。
[0006]一種3D打印中的自適應(yīng)分層方法，包括如下步驟:[0007]步驟1、根據(jù)相應(yīng)3D打印設(shè)備得到最大允許層厚和最小允許層厚；
[0008]步驟2、根據(jù)得到的最小允許厚度，利用切片軟件處理需加工實(shí)體的三維模型，得到需加工實(shí)體的SLC文件；
[0009]步驟3、讀取得到的SLC文件，得到實(shí)體輪廓信息，包括總的分層數(shù)目η、每層輪廓的多邊形集以及相應(yīng)的層高，其中:η是大于I的自然數(shù)，層高為每層輪廓在Z軸方向的坐標(biāo)值；
[0010]步驟4、保留第一層輪廓作為初始保留下來(lái)的最頂層輪廓，然后設(shè)i初始值為2 ；
[0011]步驟5、計(jì)算第i層輪廓和保留下來(lái)的最頂層輪廓之間的相交多邊形集；
[0012]步驟6、根據(jù)相交多邊形集以及第i層輪廓的多邊形集，計(jì)算第i層輪廓與保留下來(lái)的最頂層輪廓之間不重合部分的面積比率參數(shù)以及兩層輪廓邊界之間的平均距離參數(shù)，根據(jù)這兩個(gè)參數(shù)和層厚來(lái)判斷第i層輪廓是保留還是刪除；
[0013]步驟7、i增加1，判斷i的值是否大于實(shí)體總的分層數(shù)目η:如果i不大于n，則返回步驟5，進(jìn)行下一輪計(jì)算；否則，計(jì)算結(jié)束，輸出保留下來(lái)的輪廓層作為實(shí)體自適應(yīng)分層結(jié)果。
[0014]步驟I中每個(gè)3D打印設(shè)備的結(jié)構(gòu)配置等不同，其加工的最大和最大厚度也不同，需要根據(jù)具體的設(shè)備去獲得這兩個(gè)參數(shù)。
[0015]步驟2中SLC文件可以通過(guò)各種切片軟件獲得,如MagicRP、Slic3R、Skeinforge等，該文件是用最小層厚等厚`分層得到的。
[0016]步驟5中，所述的計(jì)算第i層輪廓和保留下來(lái)的第一層輪廓之間的相交多邊形集時(shí)采用多邊形布爾運(yùn)算算法。多邊形布爾運(yùn)算算法能夠處理帶孔洞的多邊形以及包含多個(gè)多邊形的多邊形集，布爾運(yùn)算得到也是多邊形集。
[0017]步驟6中，計(jì)算第i層與保留下來(lái)的最頂層輪廓之間不重合部分的面積比率參數(shù)以及兩層片輪廓邊界之間的平均距離參數(shù)，根據(jù)這兩個(gè)參數(shù)和層高來(lái)判斷第i層是保留還是刪除，包括步驟:
[0018]步驟6.1、計(jì)算第i層輪廓與保留下來(lái)的最頂層輪廓之間不重合部分的面積比率參數(shù)，面積比率參數(shù)ε j的表達(dá)式為:
【權(quán)利要求】
1.一種3D打印中的自適應(yīng)分層方法，其特征在于，包括如下步驟: 步驟1、根據(jù)相應(yīng)3D打印設(shè)備得到最大允許層厚和最小允許層厚； 步驟2、根據(jù)得到的最小允許厚度，利用切片軟件處理需加工實(shí)體的三維模型，得到需加工實(shí)體的SLC文件；步驟3、讀取得到的SLC文件，得到實(shí)體輪廓信息，包括總的分層數(shù)目η、每層輪廓的多邊形集以及相應(yīng)的層高，其中:η是大于I的自然數(shù)，層高為每層輪廓在Z軸方向的坐標(biāo)值；步驟4、保留第一層輪廓作為初始保留下來(lái)的最頂層輪廓，然后設(shè)i初始值為2 ； 步驟5、計(jì)算第i層輪廓和保留下來(lái)的最頂層輪廓之間的相交多邊形集； 步驟6、根據(jù)相交多邊形集以及第i層輪廓的多邊形集，計(jì)算第i層輪廓與保留下來(lái)的最頂層輪廓之間不重合部分的面積比率參數(shù)以及兩層輪廓邊界之間的平均距離參數(shù)，根據(jù)這兩個(gè)參數(shù)和層厚來(lái)判斷第i層輪廓是保留還是刪除； 步驟7、i增加1，判斷i的值是否大于實(shí)體總的分層數(shù)目η:如果i不大于n，則返回步驟5，進(jìn)行下一輪計(jì)算；否則，計(jì)算結(jié)束，輸出保留下來(lái)的輪廓層作為實(shí)體自適應(yīng)分層結(jié)果。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的3D打印中的自適應(yīng)分層方法，其特征在于，所述的判斷第i層輪廓是保留還是刪除的具體方法為: 步驟6.1、計(jì)算第i層輪廓與保留下來(lái)的最頂層輪廓之間不重合部分的面積比率參數(shù)，面積比率參數(shù)ε i的表達(dá)式為:
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的3D打印中的自適應(yīng)分層方法，其特征在于，所述的切片軟件為 MagicRP。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的3D打印中的自適應(yīng)分層方法，其特征在于，所述的切片軟件為 Skeinforge0
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的3D打印中的自適應(yīng)分層方法，其特征在于，所述的切片軟件為 Slic3R。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的3D打印中的自適應(yīng)分層方法，其特征在于，所述的計(jì)算第i層輪廓和保留下來(lái)的第一層輪`廓之間的相交多邊形集時(shí)采用多邊形布爾運(yùn)算算法。
【文檔編號(hào)】G06F17/50GK103777911SQ201410016504
【公開(kāi)日】2014年5月7日 申請(qǐng)日期:2014年1月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月14日
【發(fā)明者】傅建中, 付國(guó)強(qiáng), 賀永, 林志偉 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)