三維打印自適應(yīng)分層算法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于三維打印工藝控制技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種三維打印自適應(yīng)分層算 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在分層制造或者快速成型中，模型的分層是非常重要的一步。分層的厚度不僅與 成型件的表面精度有關(guān)還與成型的時(shí)間有關(guān)。若采用較大的層厚值，產(chǎn)品的成型時(shí)間短但 精度會(huì)很低；若采用較小的層厚值，產(chǎn)品的成型精度高但是成型時(shí)間會(huì)很長，所以在成型時(shí) 間和成型精度之間就存在一種矛盾。也就是說在快速成型時(shí)一方面要減小成型時(shí)間，另一 方面要提高表面精度，這樣才能達(dá)到雙贏。但目前工藝處理軟件中大多采用等層厚分層方 法，請(qǐng)參見圖1，該分層方法簡(jiǎn)單但不能解決成型精度和成型效率之間的矛盾。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題而提供一種基于模型表面曲率的自適 應(yīng)分層算法，該算法可以在保證成型產(chǎn)品精度的前提下，縮短成型時(shí)間，提高成型效率。
[0004] 本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是：一種三維打印自 適應(yīng)分層算法，采用以下步驟：
[0005] -）根據(jù)STL格式的三維模型的三角形法向量求出每個(gè)三角形的法向量與水平面 的夾角α。；
[0006] 二）根據(jù)以下公式求出每個(gè)三角形對(duì)應(yīng)的層厚t。：
[0008] 其中，C為三維打印分層程序的預(yù)設(shè)精度，α為三角形法向量與水平面的夾角，t 為三角形對(duì)應(yīng)的層厚值；
[0009] 三）取t。的最大值作為試切值，對(duì)STL格式的三維模型進(jìn)行試分層，從模型的底 部開始；
[0010] 四）在完成第一次試分層后，取出第一個(gè)試分層內(nèi)所包含的所有三角形以及與試 切值相交的所有三角形，作為對(duì)應(yīng)第一個(gè)試分層的三角形，根據(jù)三角形的法向量求出對(duì)應(yīng) 第一個(gè)試分層的每個(gè)三角形與水平面的夾角，采用步驟二）中的公式計(jì)算出對(duì)應(yīng)第一個(gè) 試分層的每個(gè)三角形的層厚值h，取h的最小值作為第一層的層厚值；
[0011] 五）在第一層的層厚值確定后，在第一層的基礎(chǔ)上以試切值為層厚進(jìn)行第二次試 分層；
[0012] 六）重復(fù)步驟四）確定第二層的層厚值；
[0013] 七）反復(fù)重復(fù)步驟五）~六），直至完成整個(gè)STL格式的三維模型的分層。
[0014] 本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是：以模型表面的曲率為分層依據(jù)，在曲率大的部 位采用較小的層厚值，在曲率小的部位采用較大的層厚值，在保證成型產(chǎn)品精度的前提下， 能夠縮短成型時(shí)間，提高成型效率。本發(fā)明既能保證打印精度，又能提高成型效率。
【附圖說明】
[0015] 圖1為現(xiàn)有的等層厚分層效果圖；
[0016] 圖2為現(xiàn)有的STL格式三維模型示意圖；
[0017] 圖3為STL格式三維模型層厚計(jì)算示意圖；
[0018] 圖4為本發(fā)明的分層過程示意圖；
[0019] 圖5為采用本發(fā)明的分層效果圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020] 為能進(jìn)一步了解本發(fā)明的
【發(fā)明內(nèi)容】
、特點(diǎn)及功效，茲例舉以下實(shí)施例，并配合附圖 詳細(xì)說明如下：
[0021] 請(qǐng)參見圖2,當(dāng)前三維打印分層程序處理的三維模型為STL格式，STL格式的三維 模型將實(shí)物三角面片化，即采用許多三角形面片構(gòu)成實(shí)物模型的曲線外型，因此，STL格式 的三維模型是對(duì)實(shí)物的一種近似。三維模型的STL文件中包含每個(gè)三角形的三點(diǎn)坐標(biāo)值和 該三角形的法向量。
[0022] 要想實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)分層，需先計(jì)算出模型各個(gè)部位的曲率。然后根據(jù)曲率的大小自 動(dòng)的采用相應(yīng)的層厚值。
[0023] 具體方法為：
[0024] -）請(qǐng)參見圖3,根據(jù)STL格式的三維模型的三角形的法向量η求出每個(gè)三角形的 法向量與水平面的夾角α。。
[0025] 二）根據(jù)以下公式求出每個(gè)三角形對(duì)應(yīng)的層厚t。：
[0027] 其中，C為三維打印分層程序的預(yù)設(shè)精度，α為三角形法向量與水平面的夾角，t 為三角形對(duì)應(yīng)的層厚值。
[0028] 三）取t。的最大值作為試切值，對(duì)STL格式的三維模型進(jìn)行試分層，從模型的底 部開始；
[0029] 四）在完成第一次試分層后，取出第一個(gè)試分層內(nèi)所包含的所有三角形以及與試 切值相交的所有三角形，作為對(duì)應(yīng)第一個(gè)試分層的三角形，根據(jù)三角形的法向量求出對(duì)應(yīng) 第一個(gè)試分層的每個(gè)三角形與水平面的夾角，采用步驟二）中的公式計(jì)算出對(duì)應(yīng)第一個(gè) 試分層的每個(gè)三角形的層厚值t，取^的最小值作為第一層的層厚值，分層過程請(qǐng)參見圖 4 ；
[0030] 五）在第一層的層厚值確定后，在第一層的基礎(chǔ)上以試切值為層厚進(jìn)行第二次試 分層；
[0031] 六）重復(fù)步驟四）確定第二層的層厚值；
[0032] 七）反復(fù)重復(fù)步驟五）~六），直至完成整個(gè)STL格式的三維模型的分層。分層完 成后的效果圖請(qǐng)參見圖5。
[0033] 在上述自適應(yīng)分層算法中，以模型某一部位的三角形法向量與水平面夾角的大小 代表模型該處曲率的大小。根據(jù)工藝軟件預(yù)設(shè)的精度，計(jì)算出STL文件中每個(gè)三角形所對(duì) 應(yīng)的層厚，取所有層厚值中的最大值作為試切值，以該試切值來試切模型，得到對(duì)應(yīng)試切層 的所有三角形，包括試切層厚內(nèi)所有的三角形以及與試切值相交的三角形。然后找到對(duì)應(yīng) 試切層的所有三角形的法向量并計(jì)算出法向量與水平面的夾角，根據(jù)計(jì)算層厚的公式，算 出該層厚內(nèi)所有三角形所對(duì)應(yīng)的層厚值，取其中的最小值作為該層的層厚值。在切下一層 時(shí)，在已切層的基礎(chǔ)上，仍以試切值進(jìn)行切片，按照已切層層厚值的確定方法計(jì)算當(dāng)前層的 層厚值。循環(huán)進(jìn)行上述分層過程，直到三維模型被完全分層。
[0034] 盡管上面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上 述的【具體實(shí)施方式】，上述的【具體實(shí)施方式】僅僅是示意性的，并不是限制性的，本領(lǐng)域的普通 技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護(hù)的范圍情況下，還可 以作出很多形式，這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種Ξ維打印自適應(yīng)分層算法，其特征在于，采用W下步驟： 一） 根據(jù)STL格式的Ξ維模型的Ξ角形法向量求出每個(gè)Ξ角形的法向量與水平面的夾 角α〇; 二） 根據(jù)W下公式求出每個(gè)Ξ角形對(duì)應(yīng)的層厚t。：其中，C為Ξ維打印分層程序的預(yù)設(shè)精度，α為Ξ角形法向量與水平面的夾角，t為Ξ角形對(duì)應(yīng)的層厚值； Ξ)取t。的最大值作為試切值，對(duì)S化格式的Ξ維模型進(jìn)行試分層，從模型的底部開 始； 四） 在完成第一次試分層后，取出第一個(gè)試分層內(nèi)所包含的所有Ξ角形W及與試切值 相交的所有Ξ角形，作為對(duì)應(yīng)第一個(gè)試分層的Ξ角形，根據(jù)Ξ角形的法向量求出對(duì)應(yīng)第一 個(gè)試分層的每個(gè)Ξ角形與水平面的夾角Qi，采用步驟二）中的公式計(jì)算出對(duì)應(yīng)第一個(gè)試分 層的每個(gè)Ξ角形的層厚值ti，取ti的最小值作為第一層的層厚值； 五） 在第一層的層厚值確定后，在第一層的基礎(chǔ)上W試切值為層厚進(jìn)行第二次試分 層； 六） 重復(fù)步驟四）確定第二層的層厚值； 屯）反復(fù)重復(fù)步驟五）~六），直至完成整個(gè)S化格式的Ξ維模型的分層。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種三維打印自適應(yīng)分層算法，采用以下步驟：一)根據(jù)STL格式的三維模型的三角形法向量求出每個(gè)三角形的法向量與水平面的夾角α0；二)求出每個(gè)三角形對(duì)應(yīng)的層厚t0；三)取t0的最大值作為試切值，對(duì)STL格式的三維模型進(jìn)行試分層，從模型的底部開始；四)在完成第一次試分層后，確定第一層的層厚值；五)在第一層的層厚值確定后，在第一層的基礎(chǔ)上以試切值為層厚進(jìn)行第二次試分層；六)重復(fù)步驟四)確定第二層的層厚值；七)反復(fù)重復(fù)步驟五)～六)，直至完成整個(gè)STL格式的三維模型的分層。本發(fā)明在保證成型產(chǎn)品精度的前提下，能夠縮短成型時(shí)間，提高成型效率。既能保證打印精度，又能提高成型效率。
【IPC分類】B29C67/00, B33Y50/00
【公開號(hào)】CN105398056
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510881768
【發(fā)明人】王太勇, 李紅賓, 孫建, 張雷, 于志強(qiáng)
【申請(qǐng)人】天津大學(xué)
【公開日】2016年3月16日
【申請(qǐng)日】2015年12月3日