[发明专利]一种防止3D打印模型特征偏移的自适应分层方法

权利要求书

1.一种防止3D打印模型特征偏移的自适应分层方法，其特征在于，所述防止3D打印模型特征偏移的自适应分层方法包括：

建立三维模型，对所述三维模型进行网格化处理，以生成STL文件；

读取所述STL文件，并对从所述STL文件中读取的数据进行预处理操作，以得到预处理后的数据；

利用所述预处理后的数据，识别网格化处理后的三维模型上特征高度，得到一组高度数据h；

对相邻的特征高度之间进行间距调节，即对所述高度数据h进行调节；

在所述特征高度的位置进行分层切片，在相邻的特征高度之间采用顶尖高度法进行自适应分层，获得切片轮廓信息；

根据所述切片轮廓信息和G代码格式生成打印文件，打印3D模型；

其中，所述识别所述三维模型上特征高度，得到一组高度数据包括：

所述三维模型的基本特征包括特征点、特征线以及特征面；

特征面，平行于分层平面的三角面片即为特征面，当所述三角面片的三个顶点的Z坐标均相同时，即判定所述三角面片为特征面，特征高度为三角面片的三个顶点中的某一顶点的Z坐标；

特征线，两个相邻三角面片有且只有它们共同的两个顶点的Z坐标相同，并且这两个三角面片的二面角大于阈值，两个顶点之间的连线为特征边，特征高度为所述特征边上某一顶点的Z坐标，二面角通过两个相邻三角面片的法向量计算获得，阈值通过公式(1)确定：

其中，为特征边阈值，β为STL文件中所有网格边对应的二面角的均值，λ＝log(Facetres)，Facetres为CAD模型中对生成的STL网格模型精度的控制参数；

特征点，若其中一个三角面片的某一个顶点P的Z坐标高于或低于所有以顶点P为顶点的三角面片的另外两个顶点的Z坐标，则顶点P为特征点，特征高度为顶点P的Z坐标。

2.根据权利要求1所述的一种防止3D打印模型特征偏移的自适应分层方法，其特征在于：存储于所述三维模型的文件包括STL文件、AMF文件、OBJ文件、STEP文件、3MF文件、IGES文件、LEAF文件、RPI文件、RP文件。

3.根据权利要求1所述的一种防止3D打印模型特征偏移的自适应分层方法，其特征在于，对相邻的特征高度之间进行间距调节，即对所述高度数据h进行调节包括：

对一组高度数据h进行预处理，在所述高度数据h的首部、尾部分别插入高度为0的层高数据、三维模型最大高度的层高数据，所述高度为0的层高数据、三维模型最大高度的层高数据均为边界层高，分别检测两个边界层高与其相邻层高的间距是否小于最小层厚，如果小于最小层厚，则调节相邻层高，使边界层高与其相邻层高的间距等于最小层厚，重新升序排序高度数据h，检测调节后的层高与对应的边界层高之间是否存在层高，如果存在层高，则删除存在的层高；

给定3D打印机的最大分层厚度h_max和最小分层厚度h_min，对所述边界层高之间的特征高度采用逐个遍历的方法进行检查，查找两个相邻的特征高度之间的间距是否存在小于最小层厚，如果小于最小层厚，则对两个相邻的特征高度进行调节得到特征高度调节结果，特征高度进行调节的方法具体如下：

两个相邻的特征高度之间的高度差为d；

向内合并：如果d≤h_min/2，将两切片层均向内偏移d/2，即合并两个层面；

向外扩张：如果d＞h_min/2，将两切片层分别向外偏移|d-h_min|/2；

根据所述特征高度调节结果，以及四个相邻的层高即进行调节的两个相邻的特征高度b和c，以及分别与进行调节的两个相邻的特征高度b和c相邻的两个层高a和f的最大高度差d_max，判断两个相邻的特征高度b和c在进行向内偏移或向外偏移的高度调节后，是否会对与进行调节的两个相邻的特征高度b和c相邻的两个层高a和f产生影响，如果有影响，则针对向内合并、向外扩张和特征密集的不同情形进行高度调节，其中，高度调节方法如下：

向内合并进行高度调节；

向内合并中间的两个相邻的特征高度b和c，合并后的层高e与其相邻的两个层高的层高差分别为d₁和d₂中，至少有一个仍小于最小分层厚度h_min；

1)、若h_min≤d_max＜2·h_min，则d₁和d₂均小于h_min，则删除合并后的层高e；

2)、若d_max≥2·h_min，则d₁和d₂中只有一个小于h_min，如果为d₁，调节合并后的层高e，使得d₁＝h_min；如果为d₂，调节合并后的层高e，使得d₂＝h_min；

向外扩张进行高度调节；

向外扩张中间的两个相邻的特征高度b和c，偏移后的两个层高与各自相邻层高的层高差d₁和d₂中，至少有一个仍小于最小分层厚度h_min；

1)、若d_max＜3·h_min，则d₁和d₂均小于h_min，向外扩张转变为向内合并，按照向内合并进行高度调节处理；

2)、若d_max≥3·h_min，则d₁和d₂中只有一个小于h_min，如果为d₁，调节扩张后的层高，保持其间距为h_min的同时，使得d₁＝h_min；如果为d₂，调节扩张后的层高，保持其间距为h_min的同时，使得d₂＝h_min；

特征密集进行高度调节；

四个连续相邻的层高中，最高的层高与最低的层高的高度差d小于最小分层厚度h_min，删除中间层高，分别查找四个层高中最高层高和最低层高的相邻层高，重新对这四个层高进行判断，如果仍存在向内合并、向外扩张和特征密集问题，使用相应的高度调节进行处理；如果不存在向内合并、向外扩张和特征密集问题，则结束高度调节，对后续层高进行查找。