本發(fā)明涉及打印技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種3D打印的模型對象的特征參數(shù)表達(dá)方法及3d打印文件格式，以及利用該文件格式進(jìn)行3d打印的方法。

背景技術(shù)：

3D打印技術(shù)是近些年來出現(xiàn)的一種新的制造方式。3D打印也叫快速成型（RP，Rapid Prototyping）技術(shù)，它是近些年來被認(rèn)為很有前景的制造方式，甚至有人將3D打印稱為繼互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)之后的第四次技術(shù)革命。完整的3D打印系統(tǒng)通常由兩部分構(gòu)成，一部分是計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)，利用CAD等造型軟件實(shí)現(xiàn)三維模型的設(shè)計(jì)。另一部分是打印系統(tǒng)，它根據(jù)設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)物品的打印成型。

現(xiàn)有技術(shù)中通常采用基于STL格式的3D打印系統(tǒng)，其基本思想是用多個(gè)三角片去逼近三維造型，由該多個(gè)三角片信息構(gòu)成STL文件，然后將STL文件傳輸給3D打印機(jī)，3D打印機(jī)用分層求交的辦法得出層面信息，從而給出每層的打印規(guī)劃，以便進(jìn)行3D打?。簧鲜龌赟TL格式的3D打印系統(tǒng)存在明顯的缺陷：第一，在造型軟件中需要用三角片面去逼近三維模型，從而得到STL文件，在打印系統(tǒng)中則需要進(jìn)行分層求交處理，即用一組平行平面去截取由三角片面構(gòu)成的用來逼近原三維模型的近似造型，獲取一組平行的截面（二維層皮），無論是用三角片面去逼近三維造型，還是分層求交處理都需要大量的計(jì)算，工作繁瑣，工作量大，相應(yīng)的效率低；第二，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量是所有三角片的頂點(diǎn)及矢量信息，因?yàn)樯婕暗娜瞧瑪?shù)量眾多，需傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量大；第三，用三角片面去逼近三維模型，存在較大誤差，并存在很多缺陷。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對這種情況，對3D打印系統(tǒng)中所可能采用的數(shù)據(jù)格式進(jìn)行分析，提出了一種用于計(jì)算機(jī)表述 3D 模型對象的特征參數(shù)表達(dá)方法，及基于特征參數(shù)表示的3D打印文件格式（FPF, Feature Parameter File,特征參數(shù)文件），及與此文件格式相適應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)3D打印系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種用于3D模型對象的特征參數(shù)表達(dá)方法，用于計(jì)算機(jī)表述 3D 模型對象，所述方法包括以下步驟：

a. 將構(gòu)成3D對象模型的基本特征分為N、S、R及K四個(gè)特征，其中N類型是能以空間曲面方程f（x,y,z）=0的形式表達(dá)或以參數(shù)方程表達(dá)、或以B樣條或以NURBS表達(dá)的自由曲面，S類型是基于一個(gè)基準(zhǔn)面上的草圖沿與基準(zhǔn)面成一定角度的向量方向進(jìn)行拉伸后形成的空間曲面， R類型是由一段或多段曲線旋轉(zhuǎn)構(gòu)成的空間曲面，K類型為用上面三種方法不能描述的，用截面圖形特征進(jìn)行描述的表達(dá)方式；

b. 在表述3D模型對象時(shí)，將所需表述的3D模型對象按以上分類規(guī)則劃分為數(shù)個(gè)基本單位，所述3D對象模型不一定包含上面所有特征類型，可能只包含其中的一種或者幾種；

c. N類型需要確定x、y、z的取值范圍或自由曲面的控制點(diǎn)參數(shù)信息表示的曲面方程，S類型需要確定基準(zhǔn)面位置，基準(zhǔn)面圖形的形狀參數(shù)，基準(zhǔn)面傾角以及拉伸的向量參數(shù)；R類型需要確定旋轉(zhuǎn)軸的位置參數(shù)及方向，旋轉(zhuǎn)的輪廓線的形狀參數(shù)；K類型是根據(jù)該空間模型對象的構(gòu)成信息，以與任一空間軸成一定角度的多個(gè)平行截面與該模型相交，可以得到一組平行的截面，每個(gè)截面上具有3D模型與平行截面相交形成的圖形，記錄所有平行截面上圖形的參數(shù)，以及每個(gè)平面位置參數(shù)，即可得到所述K類型的特征參數(shù)；

d.以上特征參數(shù)確定后，綜合記錄所有類型的特征參數(shù)，即可完全表述該3D模型對象。

一種基于特征參數(shù)表達(dá)方法的3D打印文件格式，稱為FPF格式， FPF文件由文件頭、特征類型、特征參數(shù)、參數(shù)信息、文件結(jié)尾組成，其中文件頭表示文件為FPF文件、模型的組成部份、文件長度、基準(zhǔn)坐標(biāo)X軸、基準(zhǔn)坐標(biāo)Y軸、基準(zhǔn)坐標(biāo)Z軸以及3D打印方向，特征類型描述該空間模型的分類歸屬于N、S、R或K的任一種；特征參數(shù)記錄了定義所有類型的特征參數(shù)；參數(shù)信息記錄各種類型特征參數(shù)的詳細(xì)信息；最后是文件結(jié)尾，包括文件是否結(jié)束等信息，進(jìn)一步的，所述文件格式中還有校驗(yàn)位，對傳輸?shù)奈募欠駛鬏斿e(cuò)誤進(jìn)行校驗(yàn)。

一種基于FPF文件的3D打印方法，包括以下步驟：

a. 利用相關(guān)繪圖軟件將待打印3D物品轉(zhuǎn)換為待打印3D模型，模型以特征參數(shù)表達(dá)方法保存為FPF文件；

b. 將FPF文件傳輸至3D打印機(jī)；

c. 據(jù)FPF特征形成層面文件，進(jìn)行層面路徑規(guī)劃；

d. 驅(qū)動(dòng)3D打印機(jī)進(jìn)行打印。

本發(fā)明取得的積極有益效果在于：采用特征參數(shù)表示三維設(shè)計(jì)的造型，所用數(shù)據(jù)量較少，同時(shí)避免了三角片面逼近運(yùn)算，盡可能減少或者避免平面求交運(yùn)算，大大減少了計(jì)算量，而且較少的數(shù)據(jù)量易于保存、通過網(wǎng)絡(luò)傳輸，同時(shí)可根據(jù)三維模型的某些形狀規(guī)律，減少數(shù)據(jù)量，減少運(yùn)算量，進(jìn)一步提高3D打印速度，改善3D打印系統(tǒng)的性能，這種方式特別適合于計(jì)算能力比較弱的設(shè)備進(jìn)行三維造型設(shè)計(jì)，較少的數(shù)據(jù)量使得在網(wǎng)絡(luò)中傳輸打印文件更加可行，可以減少工作量，提高工作效率，而且以特征參數(shù)表示的模型文件FPF數(shù)據(jù)量小，也可以在快速成型（RP, Rapid Prototyping）領(lǐng)域使用。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例：

FPF文件（FPF, Feature Parameter File,特征參數(shù)文件）中各特征類型及其編碼如表1所示：

表1，特征類型及其類型代碼：

FPF文件格式如表2所示：

表2， PFP文件格式：

K類型實(shí)施例，以下為K類型表達(dá)方法表示的一種實(shí)施例：

將三維模型用一組平行平面切割形成一組截面，截面上的圖形就是平面和三維造型相交形成的圖形，K類型就是用截面上的圖形來進(jìn)行記錄的一種表示方法，和其相關(guān)的特征信息如表7所示。

表7，K類型特征信息：

圖形信息 ，在特征參數(shù)后面記錄每層（截面）信息，每層的信息由該層上包含的圖形信息組成，每層的第一個(gè)字節(jié)表示該層共有幾個(gè)圖形，然后是關(guān)于每個(gè)圖形的描述，圖形信息由圖形代號和圖形描述構(gòu)成，圖形代號占一個(gè)字節(jié)，圖形代號對應(yīng)的含義如表3所示：

表3，圖形代號對應(yīng)的圖形：

圖形描述，各個(gè)圖形的描述如表4所示：

表4 ，圖形的描述：

復(fù)合曲線比較復(fù)雜，其圖形代號后面的一個(gè)字節(jié)表示該封閉曲線由多少條線段構(gòu)成，后面表示每條線段的信息，線段信息由類型代號和線段描述構(gòu)成，線段的類型包括直線、圓弧、橢圓弧段、樣條曲線段，分別用一個(gè)字節(jié)的類型代號來表示，如表5所示，后面依次是每個(gè)線段的描述，線段的描述如表6所示：

表5 復(fù)合曲線線段的類型：

表6，線段描述：

以下為N類型表示的一種實(shí)施例：

N類型是能以空間參數(shù)方程或以B樣條（包括NURBS）表達(dá)的曲面構(gòu)成的封閉的實(shí)體，這一種類型適合于用參數(shù)方程或者自由曲面的控制點(diǎn)能夠表示的封閉曲面構(gòu)成的實(shí)體，封閉曲面包括但不限于表8所列：

表8 ，N類型特征信息：

以下為S類型表示的一種實(shí)施例：

S類型是基于一個(gè)基準(zhǔn)面上的草圖沿與基準(zhǔn)面成一定角度的向量方向進(jìn)行拉伸后形成的空間實(shí)體，這一種類型適合于用通過拉伸形成的實(shí)體，拉伸時(shí)可以按照一定的比例進(jìn)行縮放，S類型描述如表9所示：

表9 ，S類型特征信息：

R類型是由一段或多段直線或者曲線旋轉(zhuǎn)構(gòu)成的空間旋轉(zhuǎn)曲面加上兩端的平面構(gòu)成的實(shí)體，適合描述以旋轉(zhuǎn)面構(gòu)成的實(shí)體，R類型特征信息如表10所示：

表10， R類型特征信息：