[发明专利]一种保留模型特征的3D打印自适应切片方法

说明书

技术领域

本发明属于3D打印技术领域，涉及一种保留模型特征的3D打印自适应切片方法。

背景技术

3D打印(3D Printing)也称增材制造(Additive Manufacturing，AM)，这种技术采用离散堆积的工艺原理，利用逐层打印的方法得到三维实体。它的基本原理是：在某一方向上(通常选Z轴方向)，用足够多的切片去切三维模型，那么在每一层上就得到切片与模型相交的所有轮廓信息，利用轮廓彼此的包含关系判断出要打印的部分，再通过对打印材料的逐层堆积粘结，最终打印出想要打印的三维实体。目前，3D打印中三维模型使用最广泛的是STL文件格式的模型，它用许多小三角形来逼近模型的表面。从上面快速成型的原理可以看到，对三维模型的分层处理是快速成型中的重要步骤之一。

基于STL文件的3D打印分层算法主要有均匀分层和自适应分层两种。均匀分层即采用统一的分层厚度对模型进行分层处理；自适应分层会根据物体的表面复杂情况，自动的对模型的分层厚度进行改变，使得复杂的表面具有的分层厚度(layer thickness)较小，简单的表面具有的分层厚度较大。由于3D打印离散堆积的固有缺陷，分层算法导致的3D打印中的误差主要有：阶梯误差、模型特征的丢失和偏移。在均匀分层中减小分层厚度，必然能减小阶梯误差，但是分层数就会增加，必然导致打印时间的增加；自适应分层就是为了解决这一矛盾提出来的，它能在用同均匀分层相同的分层数的情况下，能有效的减小阶梯误差，但是却不能处理模型特征的丢失和偏移。

为了有效的减小阶梯误差、模型特征的丢失和偏移，本发明提出了一种能有效保留模型特征的3D打印自适应切片方法。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种保留模型特征的3D打印自适应切片方法，该方法用于解决阶梯误差、模型特征的丢失和偏移引起的打印加工缺陷问题，能够有效地减少打印时间，减少内存使用量以及计算量。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种保留模型特征的3D打印自适应切片方法，该方法包括以下步骤：

步骤一：根据实际工程设计，采用计算机软件建立三维模型，并对模型进行网格化处理，生成STL文件数据；

步骤二：对模型的STL文件数据进行预处理；

步骤三：采用自适应分层算法处理经预处理后的文件数据，得到切片轮廓信息；

步骤四：采用特征存在条件判断切片轮廓信息中任意相邻两分层高度上的切片是否有可能存在特征，若有可能存在特征，则采用最小分层厚度l_min对切片间的模型数据进行二次切片，并记录切片轮廓信息；否则，不做处理，记录切片轮廓信息；

步骤五：将经步骤四处理后的切片轮廓信息按照切片格式生成打印文件，进行3D打印。

进一步，所述步骤一中的STL文件数据包含经网格化处理后生成的所有三角面片的三个顶点三维坐标以及其单位法向量数据。

进一步，所述步骤二对模型的STL文件数据进行预处理，具体包括以下步骤：

1)给定最大、最小分层厚度(l_max，l_min)以及尖端高度c的值；

2)对STL文件数据进行排序预处理，设分层方向为z轴，遍历所有的三角面片，比较每个面片中的三个顶点z坐标的大小，获取所有三角面片中z坐标的最大值、最小值(z_max,z_min)，得到由第j个三角面片的z坐标最大值、最小值构成的集合{(z_j)_max,(z_j)_min}，以及面片法向量z坐标z_j,N；定义三角面片法向量N与z轴正方向夹角为γ_j，满足z_j,N＝cos(γ_j)，|cos(γ_j)|为该面片的复杂度。

进一步，所述步骤三采用自适应分层算法处理经预处理后的文件数据，度量阶梯误差采用尖端高度方法，将模型从z_min到z_max按分层厚度l_i进行分层，当分层终止，对应的第i层分层高度如下公式所示：