[发明专利]一种房屋3D建模及3D打印方法

说明书

本发明提供一种房屋3D建模及3D打印方法：针对预3D打印的实体房屋，利用虚拟建模技术，建立其3D模型；对该3D模型进行离散化切片分层处理，获得切片再通过数据处理获取每层的加工信息；将各二维切片的结构信息转化成相应的数控加工轨迹，使各二维切片中的成型材料信息与相应成型材料的喷头相对应以控制喷头的开与关；通过数控运动和喷头喷射材料实现每个二维切片分层的精确堆积；房屋打印过程采取不同打印头分别输送不同成型材料、逐层堆积而打印成型；对打印的房屋模型进行打磨、喷涂、布线、去支撑处理。本发明实现了不规则、规律无法预期的房屋准确的虚拟3D建模及和方便快捷的3D打印，能达到精确快速的3D建模和3D打印效果。

技术领域

本发明涉及3D打印技术领域，具体地，涉及一种房屋3D建模及3D打印方法。

背景技术

房屋3D建模是获取房屋3D结构信息的重要手段，在城市规划、灾害监测、通信设施建设和数字城市等领域具有非常广泛的应用。长期以来,它一直是摄影测量、遥感、计算机视觉、模式识别以及测绘等领域长期研究的重要课题。目前国际上具有代表性的研究机构有瑞士的苏黎世工业大学、德国的波恩大学、英国的牛津大学、法国国家信息与自动化研究所以及美国的南加州大学等。国内的研究机构主要有武汉大学、华中科技大学以及中科院遥感所等。房屋3D建模逐渐成为计算机图形学，计算机视觉的研究热点。

房屋3D打印是采用3D打印技术制作大型物体(包括城市雕塑、景观房屋、功能房屋等)的一种3D打印成型方法，该方法集成了计算机、自动化、机械、电子、材料等多学科为一体。房屋3D打印的目标与功能在于：能够借助3D设计技术设计出数字化房屋结构，通过大型房屋打印设备及装备，利用高性能新型房屋材料，采用3D打印技术快速、自动建造出大型、结构复杂的城市雕塑或功能完备且兼顾审美艺术的实体房屋。

传统的建筑建造过程速度慢、不安全、成本高，并且施工危险、劳动强度大。在建筑业中引进3D打印技术将是一次巨大的产业创新。房屋3D打印对环保、建筑业、商品混凝土行业带来的改变将是颠覆性和革命性的，在可预见的将来其将可以取代传统的建造模式，成为未来建筑行业的主要形式。而本领域大多数的研究和成果都是基于通常情况下具有正常外观的房屋，对规则的房屋进行区域检测和3D模型建模和打印。然而，对于楼房呈现出不规则形状，离散性和无序性，以及不可预期性，使得直接用这些数据进行网格建模，难以找到合理的规则，将会产生巨大的误差，甚至导致3D建模失败，严重影响了3D建模和打印的效果。

发明内容

基于本领域对的技术缺陷，本发明提供的方法，结合房屋建模方法和3D打印方法，可以达到精确快速的3D建模和3D打印效果。

一种房屋3D建模及3D打印方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，针对预3D打印的实体房屋，利用虚拟建模技术，建立其3D模型，该模型含有该房屋的结构信息和材料信息；

步骤2，对该3D模型进行离散化切片分层处理，获得一系列切片，再通过数据处理获取每层的实体结构信息、材料分布信息、运动轨迹等加工信息；

步骤3，将各二维切片的结构信息转化成相应的数控加工轨迹，使得各二维切片中的成型材料信息与相应成型材料的喷头相对应，以控制喷头的开与关；通过数控运动和喷头喷射材料，实现每个二维切片分层的精确堆积；

步骤4，房屋的打印过程采取不同打印头分别输送不同成型材料、逐层堆积而打印成型；

步骤5，对打印的房屋模型进行打磨、喷涂、布线、去支撑处理。

优选地，步骤1中房屋的结构信息和材料信息，采用色彩分布函数来进行结构和材料定义，该分布函数能反映出房屋内部的多种结构或材料在高度方向和水平方向连续地变化过程。

优选地，步骤2中，每个切片的厚度为10-50mm。

优选地，步骤3中，房屋的成型材料包括混凝土、金属、塑料或木料。